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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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Stand der Technik
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Bei
niedrigen Außentemperaturen besteht bei einem Brennstoffzellensystem
das Problem, dass möglicherweise Rohre und Ventile beschädigt
werden können, wenn Wasser, das im Brennstoffzellensystem
erzeugt wird, nach Stoppen des Brennstoffzellensystems gefriert;
ein weiteres Problem, das auch besteht, ist das Problem, dass eine
elektrische Reaktion infolge einer Blockierung der Gaszuführung beim
nächsten Aktivieren der Brennstoffzelle, nachdem gefrorenes
Wasser einen Gasdurchlass blockiert hat, nicht ausreichen ablaufen
kann.
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Im
Lichte der vorstehend beschriebenen Probleme wurde eine Ablaufsteuerung
vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1), um wenigstens
entweder das Anodengas (wie ein Brenngas) oder das Kathodengas (wie
ein Oxidationsgas), das den entsprechenden Elektroden einer Brennstoffzelle
zugeführt wird, zum Zeitpunkt der Aktivierung des Systems
in einen unzureichenden Zustand zu versetzen, so dass die Überspannung
in Teilen der Elektroden zunimmt und dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle
erhöht wird (im Folgenden als „Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen” bezeichnet).
- [Patentdokument 1] Offen gelegte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2003-504807 .
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
dem herkömmlichen Verfahren wird die Notwendigkeit einer
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
beurteilt, nachdem die Brennstoffzelle einmal zum Zeitpunkt der
Aktivierung des Systems in einen OCV-Zustand versetzt wurde (anders
ausgedrückt eine OCV [Open Circuit Voltage, Leerlaufspannung]
erzeugt wurde) und dann geprüft (bestimmt) wurde, ob sich
das System in einem anomalen Zustand befindet oder nicht. Es ist
daher notwendig, die Brennstoffzelle beim Aktivieren des Systems
in den OCV-Zustand zu versetzen und es besteht daher das Problem,
dass eine lange Zeit vergeht, bevor die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen tatsächlich ausgeführt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehend beschriebenen
Umstände gemacht und es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein Brennstoffzellensystembereitzustellen, das geeignet ist, die vergangene
Zeit vor der tatsächlichen Ausführung der Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen zu verringern.
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Um
das vorstehend angegebene Problem zu lösen, ist ein Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem,
das geeignet ist, eine Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen auszuführen, wobei es dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Brennstoffzellensystem Beurteilungsmittel
zum Beurteilen der Notwendigkeit einer Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen vor dem Auftreten einer Leerlaufspannung
in einer Brennstoffzelle beim Aktivieren des Brennstoffzellensystems
einschließt.
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Wie
vorstehend angegeben, wird beurteilt, ob die Notwendigkeit oder
Nicht-Notwendigkeit einer Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen nötig ist oder nicht, bevor
die Brennstoffzelle beim Aktivieren des Systems in den OCV-Zustand
versetzt wird (anders ausgedrückt, bevor eine Leerlaufspannung
in der Brennstoffzelle erzeugt wird). Da die vorstehend beschriebene
Ausführung verwendet wird, kann, wenn bestimmt wird, dass
die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
notwendig ist, die Brennstoffzelle auf einen angestrebten Be triebspunkt
für eine Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen umgeschaltet
werden, ohne dass die Brennstoffzelle in den OCV-Zustand versetzt
werden muss. Als Folge davon ist es möglich, die vergangene
Zeit vor der Ausführung der Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu herkömmlichen
Technologien, bei denen eine Brennstoffzelle einmal in den OCV-Zustand
versetzt wird, zu verringern und dann wird die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen durchgeführt.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführung sollte das Brennstoffzellensystem
ferner vorzugsweise ein Steuermittel zum Erzeugen einer Zielspannung
für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei
niedrigen Temperaturen einschließen, ohne eine Leerlaufspannung
in der Brennstoffzelle zu erzeugen, wenn das Beurteilungsmittel
bestimmt, dass die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen
Temperaturen notwendig ist.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführung ist auch bevorzugt,
dass das Brennstoffzellensystem ferner einschließt: ein
Diagnosemittel zum Bestimmen des Zustands einer Komponente der Brennstoffzelle
zum Zeitpunkt der Beendigung des Systems; und ein Speichermittel
zum Speichern des Ergebnisses der Diagnose; wobei das Beurteilungsmittel
die Notwendigkeit der Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen basierend auf dem Ergebnis der Diagnose
zum Zeitpunkt der Beendigung des Systems beurteilt, das in dem Speichermittel
gespeichert ist.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführung ist ferner bevorzugt,
dass das Brennstoffzellensystem ferner einen Temperatursensor zum
Erfassen einer Temperatur der Brennstoffzelle einschließt,
wobei das Beurteilungsmittel die Notwendigkeit der Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen basierend
auf dem Ergebnis der Diagnose zum Zeitpunkt der Beendigung des Systems, das
in dem Speichermittel gespeichert ist, und der Temperatur der Brennstoffzelle,
die von dem Temperatursensors erfasst wurde, beurteilt.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführung ist ferner bevorzugt,
dass die Komponente der Brennstoffzelle ein Zellspannungssensor
zum Erfassen der Zellspannung der Brennstoffzelle ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung,
die vergangene Zeit vor der tatsächlichen Ausführung
der Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
zu verringern.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt Änderungen
der Spannung der Brennstoffzelle zum Zeitpunkt der Aktivierung;
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3A zeigt
den Betriebszustand einer Brennstoffzelle, wenn keine Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen durchgeführt
wird;
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3B zeigt
den Betriebszustand der Brennstoffzelle, wenn die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen durchgeführt
wird; und
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Ablaufsteuerung der Aktivierung veranschaulicht.
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Beste Art zum Ausführen der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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A. Diese Ausführungsform
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(1) Aufbau der Ausführungsform
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1 ist
ein Diagramm, das die Hauptbestandteile eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß der
Ausführungsform zeigt. In dieser Ausführungsform
wird von einem Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug, wie
einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug (FCHV: Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug),
einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angebracht ist,
ausgegangenen, das Brennstoffzellensystem 100 kann jedoch
nicht nur in Fahrzeugen verwendet werden, sondern auch in verschiedenen
anderen beweglichen Körpern (wie Schiffen, Flugzeugen und
Robotern) sowie für stationäre Stromquellen.
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Eine
Brennstoffzelle 40 stellt ein Mittel zum Erzeugen von elektrischem
Strom aus zugeführtem Reaktionsgas (Brenngas und Oxidationsgas)
dar und es können verschiedene Arten von Brennstoffzellen, wie
Festpolymer-Brennstoffzellen, Phosphorsäure-Brennstoffzellen
und Schmelzcarbonat-Brennstoffzellen verwendet werden. Die Brennstoffzelle 40 weist
einen Stapelaufbau auf, in dem eine Vielzahl von MEA einschließenden
Brennstoffzellen hintereinander gestapelt sind. Eine Ausgangsspannung
(im Folgenden als „Spannung der Brennstoffzelle” bezeichnet)
und ein Ausgangsstrom (im Folgenden als „Strom der Brennstoffzelle” bezeichnet)
der Brennstoffzelle 40 werden entsprechend mittels eines Spannungssensors 140 und
eines Stromsensors 150 erfasst. Brenngas, wie Wasserstoffgas,
wird von einer Quelle zum Zuführen des Brenngases 10 der Brennstoffelektrode
(Anode) der Brennstoffzelle 40 zugeführt, während
Oxidationsgas, wie Luft, von einer Quelle zum Zuführen
des Oxidationsgases 70 einer Sauerstoffelektrode (Kathode)
zugeführt wird.
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Die
Quelle zum Zuführen des Brenngases 10 ist zum
Beispiel aus einem Wasserstofftank und verschiedenen Ventilen aufgebaut
und steuert die Menge an Brenngas, die der Brennstoffzelle 40 zugeführt werden
soll, durch zum Beispiel Einstellen der Öffnungszeiten
der Ventile und der An-/Aus-Zeit.
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Die
Quelle zum Zuführen des Oxidationsgases 70 ist
zum Beispiel aus einem Luftkompressor, einem Motor zum Betrieben
des Luftkompressors und einem Wechselrichter aufgebaut und stellt
die Menge an Oxidationsgas, die der Brennstoffzelle 40 zugeführt
werden soll, durch zum Beispiel Einstellen der Anzahl an Umdrehungen
des Motors ein.
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Eine
Batterie 60 ist ein Akkumulator, der zum Laden und Entladen
geeignet ist und zum Beispiel aus einem Nickel-Wasserstoff-Akkumulator
besteht. Selbstverständlich kann anstelle der Batterie 60 ein anderer
Kondensator als der Akkumulator (zum Beispiel ein kapazitativer
Widerstand) zum Laden und Entladen geeignet ist, verwendet werden.
Die Batterie 60 ist in Parallelschaltung über
den Gleichstromsteller 130 mit der Brennstoffzelle 40 verbunden.
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Ein
Wechselrichter 110 ist zum Beispiel ein PWM-(Pulsweitenmodulation-)Wechselrichter
des Impulsdauermodulations-Typs; und der Wechselrichter 110 wandelt
einen von der Brennstoffzelle 40 oder der Batterie 60 ausgegebenen
Gleichstrom entsprechend einer von der Steuereinheit 80 gegebenen Steueranweisung
in einen dreiphasigen Wechselstrom um und führt dann den
dreiphasigen Wechselstrom einem Fahrmotor 115 zu. Der Fahrmotor 115 ist
ein Motor zum Antreiben von Rädern 116L, 116R (d.
h. eine Stromquelle für bewegliche Körper) und die
Anzahl der Umdrehungen des Motors wird von dem Wechselrichter 110 gesteuert.
Der Fahrmotor 115 und der Wechselrichter 110 sind
mit der Seite der Brennstoffzelle 40 verbunden.
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Der
Gleichstromsteller 130 ist ein Vollbrückenwandler,
der zum Beispiel aus vier Stromtransistoren und einer fest geschalteten
Steuerleitung besteht (die jeweils nicht in der Figur gezeigt sind).
Der Gleichstromsteller 130 besitzt die Funktion, eine von der
Batterie 60 ausgegebene Gleichspannung von der Batterie 60 zu
erhöhen oder zu verringern und die resultierende Gleichspannung
an die Seite der Brennstoffzelle 40 auszugeben, und die
Funktion, eine von zum Beispiel der Brennstoffzelle 40 eingegebene
Gleichspannung zu erhöhen oder zu verringern und die resultierende
Gleichspannung an die Seite der Batterie 60 auszugeben.
Des Weiteren wird die Batterie 60 durch die Funktionen
des Gleichstromstellers 130 geladen oder entladen.
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Hilfsmaschinen 120,
wie Hilfsmaschinen des Fahrzeugs und Hilfsmaschinen der Brennstoffzelle, sind
zwischen der Batterie 60 und dem Gleichstromsteller 130 verbunden.
Die Batterie 60 dient als Stromquelle für die
Hilfsmaschinen 120. Im Übrigen schließen
die Hilfsmaschinen des Fahrzeugs verschiedene Typen an Antriebsaggregaten
(einschließlich einer Lichtanlagen, Vorrichtungen der Klimaanlage
und hydraulischen Ölpumpen) ein, die zum Beispiel beim
Fahren des Fahrzeugs verwendet werden; und die Hilfsmaschinen der
Brennstoffzelle schließen verschiedene Typen an Strom aggregaten
(einschließlich Pumpen zum Zuführen des Brenngases und
des Oxidationsgases), die zum Betreiben der Brennstoffzelle 40 verwendet
werden, ein.
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Ein
Zellspannungssensor 75 erfasst unter Steuerung durch die
Steuereinheit 80 die Spannung (Zellspannung) jeder Zelle,
die die Brennstoffzelle 40 bildet. Genauer gesagt erfasst
der Zellspannungssensor 75 die Spannung jeder Zelle, die
die Brennstoffzelle 40 zum Zeitpunkt von beispielsweise
der Beendigung des Systems bildet, und gibt dann das erfasste Ergebnis
an die Steuereinheit 80 aus.
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Die
Steuereinheit 80 ist zum Beispiel aus einer CPU, einem
ROM und einem RAM aufgebaut und dient als Zentrum des Systems und
steuert die entsprechenden Teile des Systems entsprechend jedem
Sensorsignal, das von dem Spannungssensor 140, dem Stromsensor 150,
dem Temperatursensor 50 zum Erfassen der Temperatur (der
Temperatur der Brennstoffzelle) der Brennstoffzelle 40,
einem SOC-Sensor zum Erfassen des Ladezustands (state-of-charge,
SOC) der Batterie 60 und dem Gaspedal eingegeben wird.
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Die
Steuereinheit 80 erfasst auch die Zellspannung beim Beenden
des Betriebs des Systems. Genauer gesagt beurteilt die Steuereinheit
(Diagnosemittel) 80 basierend auf jeder von dem Zellspannungssensor
(Komponente der Brennstoffzelle) 75 erfassten Zellspannung,
ob sich das System in einem normalen Betriebszustand oder in einem
anomalen Betriebszustands befindet (im Folgenden als „Zellüberwachungsdiagnose” bezeichnet)
und speichert dann das Ergebnis der Diagnose in einem nicht flüchtigen
Speicher (Speichermittel) 85. Im Übrigen schließt
ein Beispiel für den nicht flüchtigen Speicher 85 einen
FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) ein; der nicht flüchtige
Speicher 85 ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt
und es können verschiedene Speichertypen eingesetzt werden.
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Beim
Aktivieren des Systems greift die Steuereinheit 80 zunächst
auf den nicht flüchtigen Speicher 85 zu und prüft,
ob das Ergebnis der Diagnose, das einen normalen Betriebszustand
angibt, in dem nicht flüchtigen Speicher 85 gespeichert
ist oder nicht.
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Wenn
die Steuereinheit 80 bestimmt, dass das Ergebnis der Diagnose,
das den normalen Betriebszustand angibt, gespeichert ist, beurteilt
sie dann basierend auf der von zum Beispiel dem Temperatursensor 50 erfassten
Temperatur der Brennstoffzelle, ob die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen zum Zeitpunkt der Aktivierung des Systems
notwendig ist oder nicht.
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2 ist
ein Diagramm, dass Änderungen der Spannung der Brennstoffzelle
zum Zeitpunkt der Aktivierung zeigt; und die durchgezogene Linie
stellt die Änderungen der Spannung der Brennstoffzelle dar,
wenn die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen
Temperaturen ohne Erzeugen der OCV ausgeführt wird und
die gestrichelte Linie stellt die Änderungen der Spannung
der Brennstoffzelle dar, wenn die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen nach Erzeugen der OCV ausgeführt
wird.
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Wenn
die Steuereinheit 80 bestimmt, dass die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig
ist, steuert sie die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 40 so,
dass sie eine Zielspannung für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen, ohne dass die Brennstoffzelle 40 in
den OCV-Zustand versetzt werden muss, ist, wodurch die Ablaufsteuerung der
Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen ausgeführt
wird (siehe Bereich A in 2, der später ausführlich
erläutert wird). Auf diese Weise ist es durch Beurteilen,
ob die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen
Temperaturen notwendig ist oder nicht, bevor die Brennstoffzelle 40 in
den OCV-Zustand versetzt wird, möglich, die vergangene Zeit
vor dem tatsächlichen Aktivieren des Systems zu verringern.
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Wenn
die Steuereinheit 80 jedoch bestimmt, dass das Ergebnis
der Diagnose, das den normalen Betriebszustand angibt, nicht gespeichert
ist (zum Beispiel wenn das letzte Ergebnis der Diagnose bei der
Inspektion des Fahrzeugs oder dergleichen gelöscht wurde),
ist es unmöglich zu beurteilen, ob sich das System im normalen
Betriebszustand befindet oder nicht. In diesem Fall ist es notwendig,
die Brennstoffzelle 40 einmal in den OCV-Zustand zu versetzen,
um die Zellüberwachungsdiagnose durchzuführen
und zu prüfen, ob sich das System in einem normalen Betriebszustand
befindet oder nicht. Nachdem die Brennstoffzelle 40 einmal
in den OCV-Zustand versetzt wurde, führt die Steuereinheit 80 unter
Verwenden der Brennstoffzelle 40 daher die Zellüberwachungsdiagnose
durch. Wenn die Steuereinheit 80 einmal das Ergebnis der
Diagnose für den normalen Betriebszustand erhalten hat,
beurteilt sie, wie vorstehend beschrieben, ob die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig
ist oder nicht; und wenn bestimmt wurde, dass die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig
ist, führt die Steuereinheit 80 die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen aus (siehe
Bereich A' in 2, der später ausführlich
erläutert wird).
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Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen
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3A ist
ein Diagramm, das den Betrieb (Normalbetrieb) der Brennstoffzelle
veranschaulicht, wenn die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen nicht ausgeführt wird; und 3B ist
ein Diagramm, das den Betrieb (Betrieb bei geringer Effizienz) der
Brennstoffzelle veranschaulicht, wenn die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen ausgeführt wird. Im Übrigen
stellen in 3A und 3B die horizontale
Achse den Strom der Brennstoffzelle und die vertikale Achse die
Spannung der Brennstoffzelle dar.
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Im
Allgemeinen wird die Brennstoffzelle 40, die, wie in 3 gezeigt, eine Strom-Spannungs-Kurve
(im Folgenden als „I–V-Kurve” bezeichnet)
zeigt, bei einem normalen Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1) betrieben,
an dem der Stromverlust im Vergleich zum Ausgangsstrom gering ist
(siehe 3A).
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Zum
anderen wird die Brennstoffzelle 40, wenn die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen ausgeführt
wird, bei einem Betriebspunkt (Ifc2, Vfc2) geringer Effizienz mit
einem großen Stromverlust betrieben, so dass die Innentemperatur
der Brennstoffzelle 40 ansteigt (siehe 3B).
Da das Ausmaß des Stromverlusts (d. h. das Ausmaß des
Wärmeverlusts) von der Energie, die der Reaktion zwischen
Wasserstoff und Sauerstoff entnommen werden kann, während
des Ablaufs des Betriebs bei geringer Effizienz aktiv erhöht
wird, ist es möglich, das System schnell zu erwärmen.
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Wenn
die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
gemäß dieser Ausführungsform ausgeführt
wird, wird die Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten
Betriebspunkt (Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung der
Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen umgeschaltet, ohne
dass die Brennstoffzelle 40 in den OCV-Zustand versetzt
wird, wie mit β in 3B angegeben, jedoch
nicht mit α in 3B angegeben,
wo die Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten Betriebspunkt
(Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen umgeschaltet wird, nachdem die Brennstoffzelle 40 in
den OCV-Zustand versetzt wurde. Als Folge davon ist es möglich,
die vergangene Zeit vor dem tatsächlichen Aktivieren des
Systems zu verringern. Der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 zum
Zeitpunkt der Aktivierung gemäß dieser Ausführungsform
wird im Folgenden erläutert.
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(2) Betrieb gemäß der
Ausführungsform
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Ablaufsteuerung der Aktivierung veranschaulicht,
die von der Steuereinheit 80 ausgeführt wird.
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Nachdem
erfasst wurde, dass eine Anfrage zur Aktivierung des Systems eingegeben
wurde (Schritt S10), wendet sich die Steuereinheit 80 an den
nicht flüchtigen Speicher 85 (Schritt S20) und prüft,
ob das Ergebnis der Diagnose, das den normalen Betriebszustand angibt,
in dem nicht flüchtigen Speicher 85 gespeichert
ist oder nicht (Schritt S30).
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Wenn
die Steuereinheit (Beurteilungsmittel) 80 bestimmt, dass
das Ergebnis der Diagnose, das den normalen Betriebszustand angibt,
gespeichert ist (Schritt S30; JA), berücksichtigt sie zum
Beispiel die von dem Temperatursensor 50 erfasste Temperatur der
Brennstoffzelle und dergleichen und beurteilt, ob die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen zum Zeitpunkt
der Aktivierung notwendig ist oder nicht (Schritt S40). Wenn zum
Beispiel die vom Temperatursensor 50 erfasste Temperatur
der Brennstoffzelle niedriger als eine vorgegebene Schwellentemperatur
ist, bestimmt die Steuereinheit 80, dass die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig
ist. Selbstverständlich ist das Beurteilungsverfahren nicht
auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt; und
wenn zum Beispiel anstelle der Temperatur der Brennstoffzelle die
Außenlufttemperatur oder eine Temperatur einer anderen
Komponente des Systems erfasst wird, und die Außenlufttemperatur
niedriger als die Schwellentemperatur ist, kann die Steuereinheit 80 bestimmen,
dass die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen
Temperaturen notwendig ist.
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Wenn
die Steuereinheit (Steuermittel) 80 bestimmt, dass die
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
notwendig ist (Schritt S40: JA), steuert sie die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle 40 so, dass sie die Zielspannung für
die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
wird, ohne dass die Brennstoffzelle 40 in den OCV-Zustand
versetzt werden muss, wodurch die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen ausgeführt wird (siehe die durchgezogene
Linie in 2).
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Genauer
gesagt, berechnet die Steuereinheit 80 zunächst
den angestrebten Betriebspunkt (Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen, wie in 3B gezeigt,
basierend auf einer Differenz zwischen der angestrebten Temperatur
der Brennstoffzelle und der aktuell erfassten Temperatur der Brennstoffzelle. Nach
der Berechnung steuert die Steuereinheit 80 den Gleichstromsteller 130 so,
dass der Betriebspunkt der Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten Betriebspunkt
(Ifc2, Vfc2) umgeschaltet wird, wodurch der Betrieb bei geringer
Effizienz gestartet wird (Schritt S50). Genauer gesagt verfolgt
die Steuereinheit 80 den Weg, der in 3B mit β bezeichnet
ist, um die Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten Betriebspunkt
(Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen hin umzuschalten ohne dass die Brennstoffzelle 40 in den
OCV-Zustand versetzt werden muss, umzuschalten, und startet dann
den Betrieb bei geringer Effizienz. Auf diese Weise ist es durch
Umschalten der Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten
Betriebspunkt (Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung der
Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen, ohne dass die
Brennstoffzelle 40 in den OCV-Zustand versetzt werden muss,
möglich, die vergangene Zeit vor dem tatsächlichen
Aktivieren des Systems zu verringern.
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Andererseits
schaltet, wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass die
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
nicht notwendig ist (Schritt S40; NEIN), diese die Brennstoffzelle 40 auf
den normalen Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1) (siehe 3A)
um und startet dann den Normalbetrieb (Schritt S60).
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Wenn
die Steuereinheit 80 ferner bestimmt, dass das Ergebnis
der Diagnose, das den normalen Betriebszustand angibt, nicht in
dem nicht flüchtigen Speicher 85 gespeichert ist
(Schritt S30; NEIN), versetzt sie die Brennstoffzelle 40 einmal
in den OCV-Zustand (Schritt S70). Auf diese Weise wird die OCV vor
der Aktivierung erzeugt, um die Zellüberwachungsdiagnose
durchzuführen. Es ist notwendig, zu bestätigen,
dass sich das System im normalen Betriebszustand befindet, wenn
das System, wie vorstehend beschrieben, aktiviert wird. Wenn das
Ergebnis der Diagnose, das den normalen Betriebszustand angibt,
nicht in dem nicht flüchtigen Speicher 85 gespeichert
ist, ist es unmöglich zu beurteilen, ob sich das System
im normalen Betriebszustand befindet oder nicht. In diesem Fall
wird, nachdem die Brennstoffzelle 40 einmal in den OCV-Zustand
versetzt wurde (siehe gestrichelte Linie in 2), die
Zellüberwachungsdiagnose unter Verwenden der Brennstoffzelle 40 durchgeführt
(Schritt S80).
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Wenn
die Steuereinheit 80 das Ergebnis der Diagnose, das den
normalen Betriebzustand angibt, erhält, fährt
sie mit Schritt S40 fort und beurteilt, ob die Ablaufsteuerung der
Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig ist
oder nicht. Wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass die
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
notwendig ist, schaltet sie die Brennstoffzelle 40 auf
den angestrebten Betriebspunkt (Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung
der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen um und startet
dann den Betrieb bei geringer Effizienz. Da die Brennstoffzelle 40 in diesem
Fall jedoch vor der Aktivierung in den OCV-Zustand versetzt wird,
verfolgt die Steuereinheit 80 den Weg, der in 3B mit α be zeichnet
ist, schaltet die Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten Betriebspunkt
(Ifc2, Vfc2) für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen um und startet dann den Betrieb bei geringer
Effizienz (Schritt S40 → Schritt S50). Wenn die Steuereinheit 80 zum
anderen bestimmt, dass die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen nicht notwendig ist, schaltet sie die
Brennstoffzelle 40 auf den normalen Betriebspunkt (Ifc1,
Vfc1) (siehe 3A) um und startet dann den
Normalbetrieb auf die gleiche Weise, wie sie vorstehend beschrieben
ist (Schritt S40 → Schritt S60).
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Wenn
die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
zum Zeitpunkt der Aktivierung des Systems gemäß dieser
Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt
wird, wird die Notwendigkeit oder Nicht-Notwendigkeit des Durchführens
der Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
beurteilt, bevor die Brennstoffzelle in den OCV-Zustand versetzt
wird. Wenn infolge der obigen Beurteilung bestimmt wird, dass die
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
notwendig ist, kann die vergangene Zeit vor dem tatsächlichen Aktivieren
des Systems durch Umschalten der Brennstoffzelle auf den angestrebten
Betriebspunkt für die Gegenmaßnahme bei niedrigen
Temperaturen verringert werden, ohne dass die Brennstoffzelle in den
OCV-Zustand versetzt werden muss.
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Im Übrigen
wird die Brennstoffzelle 40 in der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform auf den angestrebten Betriebspunkt für
die Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen, ohne dass
die Brennstoffzelle 40 in den OCV-Zustand versetzt werden
muss, umgeschaltet, wenn das Ergebnis der Diagnose des normalen
Betriebszustands in dem nicht flüchtigen Speicher 85 gespeichert
ist und es wird bestimmt, dass die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen notwendig ist. Ungeachtet dessen, ob
das Ergebnis der Diagnose vorliegt oder nicht, kann jedoch, soweit
mit anderen Mitteln bestätigt werden kann, dass keine Anomalität im
System vorliegt und bestimmt wird, dass die Ablaufsteuerung der
Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen notwendig ist,
die Brennstoffzelle 40 auf den angestrebten Betriebpunkt
für die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei
niedrigen Temperaturen umgeschaltet werden, ohne dass die Brennstoffzelle 40 in
den OCV-Zustand versetzt werden muss.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt, das geeignet ist,
die vergangene Zeit vor dem tatsächlichen Ausführen
einer Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
zu verringern. Zum Zeitpunkt der Aktivierung berücksichtigt
eine Steuereinheit für das Brennstoffzellensystem zum Beispiel
eine erfasste Temperatur der Brennstoffzelle und beurteilt, ob die
Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen für
die Aktivierung notwendig ist oder nicht. Wenn die Steuereinheit
bestimmt, dass die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei
niedrigen Temperaturen notwendig ist, steuert sie die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle so, dass sie eine Zielspannung für
die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme bei niedrigen Temperaturen
wird, ohne dass die Brennstoffzelle in einen OCV-Zustand versetzt
werden muss, und führt dann die Ablaufsteuerung der Gegenmaßnahme
bei niedrigen Temperaturen aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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