DE112008000547T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE112008000547T5
DE112008000547T5 DE112008000547T DE112008000547T DE112008000547T5 DE 112008000547 T5 DE112008000547 T5 DE 112008000547T5 DE 112008000547 T DE112008000547 T DE 112008000547T DE 112008000547 T DE112008000547 T DE 112008000547T DE 112008000547 T5 DE112008000547 T5 DE 112008000547T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
fuel cell
valve
pressure chamber
oxidizing gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112008000547T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112008000547B4 (de
Inventor
Yasuhiro Toyota-shi Osada
Tetsuya Toyota-shi Bono
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE112008000547T5 publication Critical patent/DE112008000547T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112008000547B4 publication Critical patent/DE112008000547B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Brennstoffzellensystem, aufweisend:
eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion eines Oxidierungsgases und eines Brenngases elektrische Leistung erzeugt;
ein Ventil, das gemäß einer Druckänderung eines Fluids, das von einem Fluidzufuhrabschnitt geliefert wird, funktioniert;
eine Druckanlegungseinheit, die das Ventil dadurch antreibt, dass sie einen Druck mit einem ersten Druckwert auf eine Druckkammer, die mit dem Fluidzufuhrabschnitt in Verbindung steht, wirken lässt; und
eine Druckänderungseinheit, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck mit dem ersten Druckwert in der Druckkammer ändert.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle aufweist, die über eine elektrochemische Reaktion eines Brenngases und eines Oxidierungsgases elektrische Leistung erzeugt.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Ein Brennstoffzellensystem weist auf: Brennstoffzellen, die über eine elektrochemische Reaktion eines Reaktionsgases (eines Brenngases und eines Oxidierungsgases) elektrische Leistung erzeugen, einen Reaktionsgas-Zufuhrweg, der Reaktionsgas zu den Brennstoffzellen liefert, und einen im Zusammenhang mit dem Reaktionsgas vorgesehen Abfuhrweg, um das Reaktionsgas aus den Brennstoffzellen auszuführen. Außerdem wurde in Betracht gezogen, Brennstoffzellen-Sperrventile im Reaktionsgas-Strömungsweg und in dem im Zusammenhang mit dem Reaktionsgas vorgesehenen Abfuhrweg vorzusehen.
  • Beispielsweise liefert das in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-3717 (Patentdokument 1) beschriebene Brennstoffzellensystem Luft durch einen Sammler zu einem Sperrventil, das in einem im Zusammenhang mit dem Reaktionsgas vorgesehenen Abfuhrweg vorgesehen ist, auf dem Gas, das im Zusammenhang mit dem Reaktionsgas steht, aus einem Zellenstapel ausgeführt wird, zu einem Dreiwege-Umschaltventil, das in einem Brenngas-Zufuhrweg vorgesehen ist, auf dem Brenngas zum Zellenstapel geliefert wird, und zu einem Ventil, das in einem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Zufuhrweg, auf dem Luft zum Zellenstapel geliefert wird, vorgesehen ist, um die entsprechenden Ventile als Steuerventile zu schalten.
  • Ferner ist in dem in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2005-347185 (Patentdokument 2) beschriebenen Brennstoffzellensystem eine Strömungsroute für die Zufuhr von Brenngas zu einem Brennstoffzellenstapel mit einem Ventil versehen, das durch einen Druckunterschied im Strömungsweg vor und hinter dem Ventil geschlossen wird, und wenn ein Druckunterschied zwischen einem ersten Druck zwischen dem Ventil und dem Brennstoffzellenstapel in einem ersten Fall und einem zweiten Druck zwischen dem Ventil und dem Brennstoffzellenstapel in einem zweiten Fall geringer ist als ein vorgegebener Wert, wird bestimmt, dass das Öffnen des Ventils fehlgeschlagen ist. Wenn bestimmt wird, dass das Öffnen des Ventils fehlgeschlagen ist, wird Brennstoff im Brennstoffzellenstapel verbraucht, so dass ein Druckunterschied im Strömungsweg vor und hinter dem Ventil bewirkt wird.
  • Im Falle des im oben genannten Patentdokument 1 beschriebenen Brennstoffzellensystems kann es passieren, dass das Sperrventil, das im Abfuhrweg des Reaktionsgassystems vorgesehen ist, das Dreiwege-Umschaltventil, das im Brenngas-Zufuhrweg vorgesehen ist, oder das Ventil, das in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Zufuhrweg vorgesehen ist, selbst dann nicht funktionieren, wenn Druck mit einem Druckwert, bei dem die Ventile normalerweise angetrieben werden, auf die Druckkammern der Ventile wirkt, weil die Außenrandabschnitte des Ventilelements einfrieren können, wenn dieses in einer Niedrigtemperaturumgebung verwendet wird, beispielsweise bei Temperaturen unter Null, oder es kann passieren, dass die Ventilelemente sich an unbeweglichen Abschnitten verfangen, weil die Schäfte der Ventilelemente in Bezug auf die Gleitabschnitte geneigt sind. Wenn die Ventile nicht funktionieren und sich nicht normal öffnen, sind die optimale Gaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel und die optimale Gasabfuhr vom Brennstoffzellenstapel beeinträchtigt, und im äußersten Fall kann es passieren, dass ein automatischer Betriebsstopp des Brennstoffzellensystems ausgelöst wird.
  • Im Gegensatz dazu ist im Falle des im Dokument 2 beschriebenen Brennstoffzellensystems in der Strömungsroute ein Ventil vorgesehen, das durch den Druckunterschied im Strömungsweg vor und hinter dem Ventil geschlossen wird. Ferner wird, wenn bestimmt wird, dass ein Öffnen des Ventils fehlgeschlagen ist, der Brennstoff im Brennstoffzellenstapel verbraucht, wodurch der Druckunterschied im Strömungsweg vor und hinter dem Ventil erhöht wird. Da es in einem solchen Brennstoffzellensystem notwendig ist, den Brennstoff im Brennstoffzellenstapel zu verbrauchen, um das Ventil zu öffnen, wenn ein Öffnen des Ventils fehlgeschlagen ist, besteht ein Bedarf an einer weiteren Verbesserung unter dem Gesichtspunkt der effizienten Nutzung der erzeugten elektrischen Leistung des Brennstoffzellenstapels.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht in einem Brennstoffzellensystem vorteilhafterweise eine effizientere Nutzung der erzeugten elektrischen Leistung einer Brennstoffzelle und ermöglicht durch die Freigabe eines festsitzenden Ventils einen stabilen Betrieb.
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion eines Oxidierungsgases und eines Brenngases elektrische Leistung erzeugt, ein Ventil, das gemäß einer Druckänderung eines Fluids, das von einem Fluidzufuhrabschnitt geliefert wird, arbeitet, eine Druckanlegungseinheit, die das Ventil dadurch antreibt, dass sie einen ersten Druck mit einem ersten Druckwert auf eine mit dem Fluidzufuhrabschnitt in Verbindung stehende Druckkammer wirken lässt, und eine Druckänderungseinheit, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck in der Druckkammer, der den ersten Druckwert aufweist, ändert. Das Antreiben des Ventils schließt hierbei den Fall ein, dass das Ventil angetrieben wird, um vom Öffnen des Ventils zum Schließen des Ventils und vom Schließen des Ventils zum Öffnen des Ventils zu wechseln.
  • Ferner weist das Brennstoffzellensystem vorzugsweise auf einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der das Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert, einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas im Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt, einen Brennstoff zellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehen Abfuhrweg miteinander verbindet und der die Brennstoffzelle umgeht, und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, und die Druckänderungseinheit öffnet das Brennstoffzellen-Umgehungsventil während des Starts in einem vorgegebenen Umfang und erhöht unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer mindestens den ersten Druckwert aufweist, durch Begrenzen einer Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils einen Druckwert eines Fluids, das der Druckkammer zugeführt werden soll, derart, dass er höher wird als der erste Druckwert.
  • Im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Druckänderungseinheit ferner vorzugsweise eine Fluidzufuhrabschnitts-Steuereinheit, die den Zufuhrdruck des Fluids, das der Druckkammer vom Fluidzufuhrabschnitt zugeführt werden soll, auf einen Druck erhöht, der über dem ersten Druckwert liegt.
  • Ferner weist das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf: einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert, einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas in Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt, einen Brennstoffzellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg miteinander verbindet und der die Brennstoffzelle umgeht, und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, und die Druckänderungseinheit ist vorzugsweise eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil und den Fluidzufuhrabschnitt, die das Brennstoffzellen-Umgehungsventil während des Startens in einem vorgegebenen Umfang öffnet und unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, eine Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils begrenzt und eine Fluid-Abgabeströmungsrate vom Fluidzufuhrabschnitt erhöht.
  • Ferner wechselt die Druckänderungseinheit im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, vorzugsweise zwischen einer Erhöhung und einer Senkung des Drucks.
  • Ferner ist die Druckänderungseinheit stärker bevorzugt eine Fluidzufuhrabschnitts-Steuereinheit, die den Zufuhrdruck eines Fluids, das der Druckkammer vom Fluidzufuhrabschnitt zugeführt werden soll, abwechselnd erhöht und senkt.
  • Ferner weist das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung, das so aufgebaut ist, dass die Druckänderungseinheit unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck innerhalb der Druckkammer abwechselnd erhöht und senkt, stärker bevorzugt auf: einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der das Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert, einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas in Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt, einen Brennstoffzellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg miteinander verbindet und der die Brennstoffzelle umgeht, und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, und die Druckänderungseinheit ist stärker bevorzugt eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil, welche die Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils abwechselnd vergrößert und verkleinert.
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Ventil, das gemäß einer Druckänderung des Fluids, das vom Fluidzufuhrabschnitt geliefert wird, arbeitet, eine Druckanlegungseinheit, die das Ventil dadurch antreibt, dass sie einen Druck mit dem ersten Druckwert auf die mit dem Fluidzufuhrabschnitt in Verbindung stehende Druckkammer wirken lässt, und eine Druckänderungseinheit, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck mit dem ersten Druckwert in der Druckkammer ändert. Auch wenn das Ventil festsitzt, kann das Ventil daher befreit werden, indem der Druck mit dem ersten Druckwert innerhalb der mit dem Fluidzufuhrabschnitt in Verbindung stehenden Druckkammer unter Verwendung der Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil oder den Fluidzufuhrabschnitt z. B. so geändert wird, dass er steigt, und ein stabiler Betrieb kann durchgeführt werden. Außerdem besteht keine Notwendigkeit, den Brennstoff im Inneren der Brennstoffzelle zu verbrauchen, um das Ventil anzutreiben, und daher kann die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung effizienter genutzt werden.
  • Dank der Gestaltung, bei der die Druckänderungseinheit unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck innerhalb der Druckkammer erhöht und senkt, kann selbst dann, wenn das Ventil festsitzt, weil der Schaft des Ventilelements festsitzt, weil er in Bezug auf den Gleitabschnitt geneigt ist, und das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn ein Druckwert angelegt wird, der das Ventil normalerweise antreibt, eine variierende Kraft abwechselnd an jede Seite in der axialen Richtung angelegt werden, um das festsitzende Ventil zu befreien und um sein Funktionieren zu ermöglichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine Skizze, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Seitenansicht des Aufbaus eines Einlass- oder Auslasssperrventils, das im Brennstoffzellensystem von 1 verwendet wird, im Ventilöffnungszustand;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaus des Einlass- oder Auslasssperrventils in einem Ventilschließungszustand;
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Sequenz der PSV-Schaltung erläutert, wenn das Einlasssperrventil aus einem Ventilöffnungszustand in einen Ventilschließungszustand verstellt wird;
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Sequenz der PSV-Schaltung erläutert, wenn das Einlasssperrventil aus einem Ventilschließungszustand in einen Ventilöffnungszustand verstellt wird;
  • 6 ist ein Ablaufschema, das ein Startsteuerverfahren im Brennstoffzellensystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7 ist ein Ablaufschema, das ein Startsteuerverfahren im Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 8a ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Ventilelement in Bezug auf eine axiale Richtung eines Gleitabschnitts geneigt ist und festsitzt, wobei es sich um das Problem handelt, das von einem Brennstoffzellensystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelöst wird;
  • 8b ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Kraft abwechselnd in beiden Richtungen auf das Ventilelement wirken gelassen wird, um ein am Gleitabschnitt festsitzendes Ventilelement zu befreien;
  • 8c ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Kraft abwechselnd in beiden Richtungen auf das Ventilelement wirken gelassen wird, um ein am Gleitabschnitt festsitzendes Ventilelement zu befreien;
  • 9 ist ein Ablaufschema, das ein Startsteuerverfahren im Brennstoffzellensystem gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 10 zeigt in 10(a) eine zeitabhängige Änderung einer Abfuhrströmungsrate eines Luftkompressors im Schritt S4 von 9, und zeigt in 10(b) eine zeitabhängige Änderung einer Ventilantriebskraft, die auf das Ventilelement eines Befeuchter-Umgehungsventils wirkt.
    • 10
    BRENNSTOFFZELLENSYSTEM
    12
    BRENNSTOFFZELLENSTAPEL
    14
    OXIDIERUNGSGAS-ZUFUHRWEG
    16
    IM ZUSAMMENHANG MIT DEM OXIDIERUNGSGAS VORGESEHENER ABFUHRWEG
    18
    BEFEUCHTER-UMGEHUNGSVENTIL
    20
    EINLASSSPERRVENTIL
    22
    AUSLASSSPERRVENTIL
    24
    LUFTKOMPRESSOR
    26
    ZWISCHENKÜHLER
    28
    BEFEUCHTER
    30
    HAUPTROUTE
    32
    BEFEUCHTER-UMGEHUNGSROUTE
    34
    DRUCKREGULIERUNGSVENTIL
    36
    BRENNSTOFFZELLEN-UMGEHUNGSROUTE
    38
    BRENNSTOFFZELLEN-UMGEHUNGSVENTIL
    40
    DRUCKSTEUERUNGS-STRÖMUNGSWEG
    42
    GEHÄUSE
    44
    TEILUNGSABSCHNITT
    46
    HAUPTMEMBRAN
    48
    NEBENMEMBRAN
    50
    VENTILSCHLIESSUNGS-DRUCKKAMMER
    52
    VENTILÖFFNUNGS-DRUCKKAMMER
    54
    ATMOSPHÄRENDRUCKKAMMER
    56
    DRUCKKAMMER, DIE BESTANDTEIL DES STRÖMUNGSWEGS IST
    58
    VENTILELEMENT
    60
    ANTRIEBSSCHAFT
    62
    VENTILELEMENTKÖRPER
    63
    ANTRIEBSSCHAFTSEITIGER ZYLINDRISCHER OBERFLÄCHENABSCHNITT
    64
    ZYLINDRISCHES ELEMENT
    66
    MEMBRANSEITIGER ZYLINDRISCHER ABSCHNITT
    67
    RINGFÖRMIGER VERFORMTER ABSCHNITT
    68
    GEHÄUSESEITIGER ZYLINDRISCHER OBERFLÄCHENABSCHNITT
    70
    ZWEITER MEMBRANSEITIGER ZYLINDRISCHER ABSCHNITT
    72
    ATMOSPHÄRENVERBINDUNGSROHR
    74
    ANDRUCKELEMENT
    76
    ZU- UND ABFUHRROHR
    78
    SPIRALFEDER
    80
    VENTILSITZ
    82
    EINLASS
    84
    AUSLASS
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Erste Ausführungsform der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Blockschema eines ersten Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 10 weist einen Brennstoffzellenstapel 12, einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg 14, einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16, ein Befeuchter-Umgehungsventil 18, ein Einlasssperrventil 20 und ein Auslasssperrventil 22 auf.
  • Der Brennstoffzellenstapel 12 erzeugt elektrische Leistung über eine elektrochemische Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff. Das heißt, durch die Zufuhr von Wasserstoffgas als Brenngas und von Luft als Oxidierungsgas zum Brennstoffzellenstapel 12 reagieren der Sauerstoff und der Wasserstoff elektrochemisch, und man erhält elektrische Energie in einer Vielzahl von Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel 12, die nicht dargestellt sind. Jede Brennstoffzelle weist eine Membran/Elektroden-Anordnung, die beispielsweise von einer Elektrolytmembran, einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode gebildet wird, und Separatoren an deren beiden Seiten auf.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als System für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Fahrzeug installiert werden, wobei der Brennstoffzellenstapel 12 als Leistungsquelle für einen Fahrzeug-Fahrmotor dient. Natürlich kann das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Ausführungsform auch für andere Zwecke als zum Fahren eines Fahrzeugs verwendet werden.
  • Um dem Brennstoffzellenstapel 12 Luft zuführen zu können, bei der es sich um das Oxidierungsgas handelt, ist der Oxidierungsgas-Zufuhrweg 14 vorgesehen. Ein Luftkompressor 24 und ein Zwischenkühler 26 sind in Strömungsrichtung oben im Oxidierungsgas-Zufuhrweg 14 vorgesehen. Die vom Luftkompressor 24 verdichtete Luft wird im Zwischenkühler 26 gekühlt, in einem Befeuchter 28 befeuchtet und wird danach einem Strömungsweg auf der Kathodenelektrodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 zugeführt.
  • Zusätzlich zu einer Hauptroute 30, bei der es sich um einen ersten Gasströmungsweg für die Zufuhr von Luft zum Brennstoffzellenstapel 12 handelt, nachdem die Luft den Befeuchter 28 passiert hat, ist eine Befeuchter-Umgehungsroute 32, bei der es sich um einen zweiten Gasströmungsweg handelt, und die eine Umleitung von der Hauptroute 30 darstellt, parallel zur Hauptroute 30 und dem Gasstrom vorgesehen. Die Luft, welche die Befeuchter-Umgehungsroute 32 passiert, wird dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt, ohne den Befeuchter 28 zu passieren. Ein Befeuchter-Umgehungsventil 18 ist in einem mittleren Abschnitt der Befeuchter-Umgehungsroute 32 vorgesehen.
  • Um Luftabgas, bei dem es sich um Luft handelt, die dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wurde und die der elektrochemischen Reaktion in den einzelnen Brennstoffzellen zur Verfügung gestellt wurde, aus dem Brennstoffzellenstapel 12 auszuführen, ist ferner der im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehene Abfuhrweg 16 vorgesehen. Das Luftabgas, das durch den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16 ausgeführt wird, wird durch ein Druckregulierungsventil 34 in den Befeuchter 28 eingeführt und wird danach durch eine Verdünnungseinheit, die nicht dargestellt ist, in die Atmosphäre entlassen. Das Druckregulierungsventil 34 wird so gesteuert, dass der Druck (Gegendruck) der Luft, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 abgeführt wird, dem Betriebszustand des Brennstoffzellenstapels 12 jeweils angemessen ist. Das heißt, der Luftdruck, welcher der Position eines Drucksensors P2 in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16 entspricht, wird von einer Ventilöffnung des Druckregulierungsventils 34 reguliert. Ferner hat der Befeuchter 28 die Aufgabe, Feuchtigkeit, die aus der Luft erhalten wird, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 ausgeführt wurde, der Luft zur Verfügung zu stellen, die dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt werden soll, um diese Luft zu befeuchten.
  • Ein Wasserstoffgas-Zufuhrweg, der Wasserstoffgas liefert, und ein im Zusammenhang mit dem Wasserstoffgas vorgesehener Abfuhrweg, der ein Gas, das mit dem Wasserstoffgas im Zusammenhang steht, ausführt, sind mit dem Brennstoffzellenstapel 12 verbunden, aber diese Strömungswege sind in 1 nicht dargestellt.
  • Auf der Hauptroute 30 des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14 ist ferner eine Brennstoffzellen-Umgehungsroute 36 zwischen einem Punkt zwischen einem Verbindungsabschnitt stromaufwärts von der Befeuchter-Umgehungsroute 32 und dem Befeuchter 28 und stromabwärts vom Befeuchter 28 im Gasweg in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16 vorgesehen, so dass sie in Bezug auf den Gasstrom parallel zum Brennstoffzellenstapel 12 ist. Ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 ist in einem mittleren Abschnitt der Brennstoffzellen-Umgehungsroute 36 vorgesehen. Das Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 wird für die Drucksteuerung der Luft, die dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wird, verwendet. Das heißt, gemäß der Ventilöffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 wird der Luftdruck, welcher der Position eines Einlassdrucksensors P1 des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14 entspricht, reguliert. Der Luftdruck im Brennstoffzellenstapel 12, welcher der Position des Einlassdrucksensors P1 entspricht, kann auch durch die Strömungsrate der Luft, die aus dem Luftkompressor 24 abgegeben wird, reguliert werden. Natürlich kann der Luftdruck, welcher der Position des Einlassdrucksensors P1 entspricht, auch unter Verwendung sowohl der Ventilöffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 als auch der Abgabeströmungsrate reguliert werden.
  • Ferner erhöht das Brennstoffzellensystem 10 die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 11 bei einem Start bei einer niedrigen Temperatur, wie einer Temperatur unter Null, vorzugsweise rasch. Zu diesem Zweck kann in Betracht gezogen werden, die Luftmenge, die dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wird, im Gegensatz zur Menge an Wasserstoffgas, die dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt wird, unter die Menge zu senken, die einer elektrischen Leistung entspricht, die von der Reaktion mit Wasserstoffgas erzeugt wird, das heißt, das stöchiometrische Verhältnis an der Kathode wird gesenkt, und elektrische Leistung wird mit einem geringen Wirkungsgrad erzeugt, um dadurch die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 schnell zu erhöhen. Wenn dies durchgeführt wird, kann es jedoch passieren, dass Wasserstoff durch die Elektrolytmembran aus dem Strömungsweg auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 in den Strömungsweg auf der Kathodenseite gelangt, und dass die Wasserstoffkonzentration in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16 ansteigt. Wenn dies passiert, wird das oben beschriebene Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 geöffnet, eine Vorgehensweise, die auch angewendet werden kann, um die Wasserstoffkonzentration in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg 16 durch die Luft, die nicht durch den Brennstoffzellenstapel 12 strömt, zu verringern.
  • Ferner sind das Einlasssperrventil 20 und das Auslasssperrventil 22 stromabwärts vom Befeuchter 28 in der Hauptroute 30 des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14 bzw. stromaufwärts vom Befeuchter 28 in dem im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg vorgesehen.
  • Genauer sind jeweils drei PSVs (Druckschaltventile), bei denen es sich um elektromagnetische Ventile handelt, die normalerweise geschlossen sind, mit dem Einlasssperrventil 20 und dem Auslasssperrventil 22, bei denen es sich um Brennstoffzellenventile und Fluidsteuerventile handelt, die den Luftstrom im Strömungsweg steuern, und mit dem oben beschriebenen Befeuchter-Umgehungsventil 18 über einen Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 verbunden.
  • Genauer sind drei PSVs VbS, VbC und VbO mit dem Befeuchter-Umgehungsventil 18 verbunden. Ferner sind drei PSVs ViS, ViC und ViO mit dem Einlasssperrventil 20 verbunden, und drei PSVs VoS, VoC und VoO sind mit dem Auslasssperrventil 22 verbunden. Diese PSVs sind stromaufwärts von der Hauptroute 30 des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14, beispielsweise zwischen dem Luftkompressor 24 und dem Befeuchter 28, über den Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 angeschlossen. Jedes dieser PSVs VbS, VbC, VbO, ViS, ViC, ViO, VoS, VoC und VoO wird von einer Steuereinheit, wie einer ECU (einer elektronischen Steuereinheit), die nicht dargestellt ist, gesteuert. Das Befeuchter-Umgehungsventil 18, das Einlasssperrventil 20 und das Auslasssperrventil 22 werden jeweils von einem Druckunterschied des Gases, bei dem es sich ein Fluid handelt, das in inneren Druckkammern vorhanden ist, angetrieben. Ferner liefert der Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 das Gas, bei dem es sich um ein Fluid handelt, mit dem ein Druckunterschied erzeugt wird, zu jedem der oben beschriebenen Ventile 18, 20 und 22.
  • Nun werden Gestaltung und Funktionsweise des Einlasssperrventils 20 und des Auslasssperrventils 22 unter Bezug auf 2 und 3 beschrieben, wobei das Einlasssperrventil 20 als typisches Beispiel genommen wird. Die Gestaltung des Einlasssperrventils 20 ist die gleiche wie die des Auslasssperrventils 22, während der Aufbau des Befeuchter-Umgehungsventils 18 weiter unten beschrieben wird.
  • Wie in 2 dargestellt, wird ein normalerweise offenes Sperrventil als Einlasssperrventil 20 genommen. Das Ventilelement eines solchen Ventils ist im Normalzustand, in dem der Druck in allen inneren Druckkammern der gleiche ist, offen.
  • Das Einlasssperrventil 20 ist mit zwei oberen und unteren Räumen versehen, die von einem Teilungsabschnitt 44 innerhalb eines Gehäuses 42 geteilt werden, das durch Verbinden einer Vielzahl von Gehäuseelementen und durch Vorsehen einer Hauptmembran 46 bzw. einer Nebenmembran 48 in den beiden Räumen gebildet wird; eine Ventilschließungs-Druckkammer 50 ist an einer Oberseite der Hauptmembran 46 vorgesehen; eine Ventilöffnungs-Druckkammer 52 ist an einer Unterseite der Hauptmembran 46 vorgesehen; eine Atmosphärendruckkammer 54 ist an einer Oberseite der Nebenmembran 48 vorgesehen; und eine Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, ist an einer Unterseite der Nebenmembran 48 vorgesehen. Die Ventilschließungs-Druckkammer 50, die Ventilöffnungs-Druckkammer 52, die Atmosphärendruckkammer 54 und die Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, sind voneinander getrennt, und keine dieser Druckkammern 50, 52, 54 und 56 steht intern mit irgendeiner anderen Druckkammer in Verbindung.
  • Ferner sind die Hauptmembran 46 und die Nebenmembran 48 mit einem Ventilelement 58 verbunden. Genauer ist das Ventilelement 58, das einen Antriebsschaft 60 aufweist, im Gehäuse 42 enthalten, und das Ventilelement 58 ist in dem Gehäuse 42 derart gelagert, dass es in einer axialen Richtung des Antriebsschafts 60 verlagerbar ist. Das Ventilelement 58 weist den Antriebsschaft 60 und einen scheibenförmigen Ventilelementkörper 62 auf, der mit einem unteren Endabschnitt des Antriebsschafts 60 verbunden ist. Ferner ist ein zylindrisches Element 64, das zylindrisch geformt ist und das eine Bodenplatte und einen antriebsschaftseitigen zylindrischen Oberflächenabschnitt 63 an einer Außenumfangsfläche aufweist, mit einem Abschnitt nahe einem unteren Ende eines mittleren Abschnitts des Antriebsschafts 60 verbunden.
  • Ferner ist ein innenumfangsseitiger Endabschnitt der Nebenmembran 48, die aus einem elastischen Material, wie Gummi, gebildet ist, zwischen einer unteren Fläche eines Bodenplattenabschnitts des zylindrischen Elements 64 und einer oberen Fläche des Ventilelementkörpers 62 angeordnet, und ein Innenumfangsabschnitt der Nebenmembran 48 ist mit dem Antriebsschaft 60 verbunden. Ein außenumfangsseitiger Endabschnitt der Nebenmembran 48 ist derart mit einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 42 verbunden, dass er zwischen zwei Gehäuseelementen angeordnet ist, die das Gehäuse 42 bilden. Dadurch werden eine obere Seite und eine untere Seite des Raums an der unteren Seite des Teilungsabschnitts 44 im Gehäuse 42 durch die Nebenmembran 48 in die Atmosphärendruckkammer 54 und die Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, geteilt.
  • Ferner ist ein membranseitiger zylindrischer Abschnitt 66, der elastisch verformt wird, um an einen antriebsschaftseitigen zylindrischen Oberflächenabschnitt 63 angedrückt zu werden, in der Nähe eines Innendurchmessers eines in Durchmesserrichtung der Nebenmembran 48 mittleren Abschnitts vorgesehen. Im Ventilöffnungszustand, der in 3 dargestellt ist, wird eine untere Seite eines ringförmigen verformten Abschnitts 67, der sich zwischen dem antriebsschaftseitigen zylindrischen Oberflächenabschnitt 63 des zylindrischen Elements 64 und der Innenfläche des Gehäuses 42 der Nebenmembran 48 befindet, in „Hügelform” nach oben verformt und dem Druck der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, ausgesetzt. Die Unterseite des ringförmigen verformten Abschnitts 67 wird dem Druck der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, ausgesetzt und dadurch wird der Antriebsschaft 60 nach oben verlagert, während der obere Abschnitt des membranseitigen zylindrischen Abschnitts 66 derart verformt wird, dass der obere Abschnitt des membranseitigen zylindrischen Abschnitts 66 vom antriebsschaftseitigen zylindrischen Abschnitt 63 gelöst wird, wie in 2 dargestellt.
  • Ferner ist ein zweiter membranseitiger zylindrischer Abschnitt 70, der elastisch verformt wird, um an einen gehäuseseitigen zylindrischen Oberflächenabschnitt 68 gedrückt zu werden, der an der Innenfläche des Gehäuses 42 vorgesehen ist, nahe einem Außendurchmesser eines in Durchmesserrichtung der Nebenmembran 48 mittleren Abschnitts vorgesehen. Wenn der Antriebsschaft 60 aus dem Ventilöffnungszustand wie in 2 dargestellt nach unten verlagert wird, wie in 3 dargestellt, wird der obere Abschnitt des zweiten membranseitigen zylindrischen Abschnitts 70 elastisch verformt, so dass er vom gehäuseseitigen zylindrischen Oberflächenabschnitt 68 abgelöst wird.
  • Die Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, ist Teil des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14 (siehe 1) (des im Zusammenhang mit Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrwegs 16 im Falle des Auslasssperrventils 22), und eine bezogen auf den Gasstrom obere Seite und eine bezogen auf den Gasstrom untere Seite werden vom Ventilelement 58 abgesperrt oder miteinander verbunden. Ferner ist ein Atmosphärenverbindungsrohr 72, dessen eines Ende mit der Atmosphäre in Verbindung steht, mit der Atmosphärendruckkammer 54 verbunden, und die Atmosphärendruckkammer 54 ist zur Luft hin offen.
  • Ferner ist ein Andruckelement 74, das durch Verbinden von zwei im Wesentlichen plattenförmigen Elementen gebildet wird, mit einem oberen Endabschnitt des Ventilelements 58 verbunden, und ein innenumfangsseitiger Endabschnitt der Hauptmembran 46, die aus elastischem Material, wie Gummi, gefertigt ist, ist zwischen den beiden im Wesentlichen plattenförmigen Elementen angeordnet. Ein außenumfangsseitiger Endabschnitt der Hauptmembran 46 ist derart mit einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 42 verbunden, dass er zwischen zwei Gehäuseelementen angeordnet ist, die das Gehäuse 42 bilden. Bei dieser Gestaltung sind eine Oberseite und eine Unterseite eines Raums an der Oberseite des Teilungsabschnitts 44 im Gehäuse 42 in die Ventilschließungs-Druckkammer 50 und die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 geteilt. Ferner ist ein Zu- und Abfuhrrohr 76 mit der Ventilöffnungs-Druckkammer 50 und der Ventilschließungs-Druckkammer 52 verbunden.
  • Ferner ist eine Spiralfeder 78 als Mittel zum Anlegen einer elastischen Kraft zwischen einer Unterseite des Druckelements 74 und einer Oberseite des Teilungsabschnitts vorgesehen, um eine elastische Kraft in Aufwärtsrichtung, d. h. in der Richtung, die das Ventil öffnen würde, an das Ventilelement 58 anzulegen. Das Ventilelement 58 wird in der Aufwärtsrichtung verlagert, wodurch die Unterseite des Ventilelementkörpers 62 auf einem Ventilsitz 80 aufsitzt, um den Strömungsweg abzusperren. Anders ausgedrückt wird durch eine Verlagerung in axialer Richtung des Antriebsschafts 60 die In nenseite des Strömungswegs abgesperrt oder verbunden. Ferner ist der Durchmesser einer druckaufnehmenden Fläche des oberen Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Hauptmembran 46 einschließt, wesentlich größer gestaltet als der Durchmesser einer druckaufnehmenden Fläche des unteren Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Nebenmembran 48 einschließt.
  • Bei einem solchen Einlasssperrventil 20 ist die Ventilschließungs-Druckkammer 50 auf der Seite des PSV ViC über das Zu- und Abfuhrrohr 76 mit dem Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 verbunden (2 und 3). Ferner ist die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 auf der Seite des PSV ViO über das Zu- und Abfuhrrohr 76 mit dem Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 verbunden. Durch Verlagern in der axialen Richtung des Antriebsschafts 60 wird ein mittlerer Abschnitt der Hauptmembran 46 vertikal verlagert.
  • Wenn das Ventilelement 58 durch Verlagern des Antriebsschafts 60 nach oben getrieben wird, wie in 2 dargestellt, wird die Luft, die von der stromaufwärtigen Seite des Oxidierungsgas-Zufuhrwegs 14 zu einem Einlass 82 des Einlasssperrventils 20 strömt (1), von einem Auslass 84 des Einlasssperrventils 20 zur Seite des Brennstoffzellenstapels 12 ausgeführt (1). Wenn das Ventilelement 58 dagegen durch Verlagern des Antriebsschafts 60 nach unten getrieben wird, wie in 3 dargestellt, wird der Auslass 84 verschlossen, und der Strom der Luft zum Brennstoffzellenstapel 12 von der in Bezug auf den Oxidierungsgas-Zufuhrweg 14 oberen Seite her wird abgesperrt.
  • Im Auslasssperrventil 22 sind der Einlass 82 und der Auslass 84 in Bezug auf das Einlasssperrventil 20 entgegengesetzt, wie in 1 dargestellt. Wenn das Ventilelement 58 durch Verlagern des Antriebsschafts 60 nach oben getrieben wird (2 und 3), wird Luftabgas, das von der in Strömungsrichtung oberen Seite des im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrwegs 16 zum Einlass 82 strömt, vom Auslass 84 des Auslasssperrventils 22 zur Seite des Befeuchters 28 ausgeführt. Wenn dagegen das Ventilelement 58 durch Verlagern des Antriebsschafts 60 nach unten getrieben wird, wird der Einlass 82 geschlossen, und der Strom des Luftabgases von der in Strömungsrichtung oberen Seite des im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrwegs 16 zum Befeuchter 28 wird abgesperrt.
  • Eine Verlagerung in der axialen Richtung des Antriebsschafts 60 wird von drei PSVs gesteuert. Das heißt, im Einlasssperrventil 20 werden die Drücke der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 und der Ventilschließungs-Druckkammer 50 durch die drei PSVs ViS, ViC und ViO gesteuert. Ferner werden im Auslasssperrventil 22 die Drücke der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 und der Ventilschließungs-Druckkammer 50 von den drei PSVs VoS, VoC und VoO gesteuert.
  • Das in 1 dargestellte ViS (oder VoS) ist ein 3-WAY-PSV, d. h. ein PSV, das als Dreiwegeventil ausgestaltet ist, und es verbindet selektiv die Ventilschließungs-Druckkammer 50 oder die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 mit der Seite des Luftkompressors 24, die bezogen auf den Gasstrom oben liegt, und sperrt die Druckkammer des jeweils anderen und die Seite des Luftkompressors 24, die bezogen auf den Gasstrom oben liegt, gegeneinander ab. Ferner ist jedes von ViC, ViO, VoC und VoO ein PSV, das als Zweiwegeventil ausgestaltet ist, und dient als Abfuhrventil, d. h. als Druckentlastungsventil.
  • Ferner ändert das ViS (oder VoS) den Verbindungszustand des Strömungswegs durch einen bestromten bzw. erregten Zustand. In einem unbestromten Zustand (ohne Energiezufuhr) verbindet das ViS (oder VoS) eine Gasabgabeseite des Luftkompressors 24 und die Ventilöffnungs-Druckkammer 52. In einem bestromten Zustand verbindet das Vis (oder VoS) die Gasabgabeseite des Luftkompressors und die Ventilschließungs-Druckkammer 50. Ferner sind ViC, ViO, VoC und VoO sämtlich elektromagnetische Ventile, die so gestaltet sind, dass sie normalerweise geschlossen sind und die Ventile im unbestromten Zustand schließen und die Ventile im bestromten Zustand öffnen, d. h. den Strömungsweg absperren, wenn das System nicht in Betrieb ist.
  • Von der Vielzahl von Dreiecken in 1 bis 3, die für ViS (VoS), ViC (VoC) und ViO (VoO) stehen, zeigen die schwarzen Dreiecke den Zustand an, dass die Strömungswege abgesperrt sind, während die weißen Dreiecke den Zustand anzeigen, dass die Strömungswege verbunden sind (dies gilt auch für nachstehend beschriebene 4 und 5).
  • Das Einlasssperrventil 20 und das Auslasssperrventil 22 werden geschlossen, wenn die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 12 unterbrochen wird. Nun wird mit Bezug auf 4 ein Beispiel für die Verstellung des Einlasssperrventils 20 (oder des Auslasssperrventils 22) vom Ventilöffnungszustand (dem in 2 dargestellten Zustand) zum Ventilschließungszustand (dem in 3 dargestellten Zustand), wenn die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels unterbrochen wird, beschrieben. Wie in 4(a) dargestellt, befinden sich in dem Zustand, in dem das Einlasssperrventil 20 geöffnet ist, alle ViS, ViC und VoO im unbestromten Zustand. In diesem Zustand wird verdichtete Luft bzw. Druckluft vom Luftkompressor 24 (1) über den Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 in die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 eingeführt. In 4 (und 5) zeigen die schraffierten Abschnitte an, dass stärker verdichtete Luft eingeführt wird.
  • Anschließend wird das ViS aus diesem Zustand in einen bestromten Zustand gebracht, wie in 4(b) dargestellt, so dass Druckluft vom Luftkompressor 24 (1) über den Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 in die Ventilschließungs-Druckkammer 50 eingeführt wird. Ferner wird das ViO in den bestromten Zustand, d. h. in den Ventilöffnungszustand gebracht, und die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 wird zur Atmosphäre geöffnet. Infolgedessen wirkt aufgrund eines Druckunterschieds, der zwischen dem Druck der Ventilschließungs-Druckkammer 50 und dem Druck (Atmosphärendruck) der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 auftritt, eine erste Kraft F1 in Abwärtsrichtung auf den Antriebsschaft 60. Da Luft, die vom Luftkompressor 24 verdichtet wird, auch in die Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, eingeführt wird, wirkt dabei durch den Druckunterschied, der zwischen dem Druck der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, und dem Druck der Atmosphärendruckkammer 54, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, auftritt, auf den Antriebsschaft 60 auch eine zweite Kraft F2 in Aufwärtsrichtung, wobei es sich um die der ersten Kraft F1 entgegengesetzte Richtung handelt. Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 und 3 dargestellt, der Durchmesser der druckaufnehmenden Fläche des oberen Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Hauptmembran 46 einschließt, ausreichend größer gestaltet als der Durchmesser der druckaufnehmenden Fläche des unteren Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Nebenmembran 48 einschließt. Wie in 4(b) und 3 dargestellt, wird daher den Antriebsschaft 60 gegen die zweite Kraft F2 und die elastische Kraft der Spulenfedern 78 (3) nach unten verlagert, und der Ventilelementkörper 62 sitzt auf dem Ventilsitz 80 auf.
  • In diesem Zustand wird das ViS anschließend in einen unbestromten Zustand gebracht, wie in 4(c) dargestellt, d. h. die Abgabeseite des Luftkompressors 24 steht mit der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 in Verbindung. Jedoch steigt der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 nicht, da ViO offen ist. Infolgedessen werden der Druck innerhalb der Ventilschließungs-Druckkammer 50 und der Druck innerhalb des Drucksteuerungs-Strömungswegs 40, der mit der Ventilschließungs-Druckkammer 50 in Verbindung steht, auf einem hohen Druck gehalten.
  • Nachdem das Antreiben des Luftkompressors 24 unterbrochen wurde, wird ViO dann in einen unbestromten Zustand gebracht, d. h. in einen Ventilschließungszustand, wie in 4(d) dargestellt. Da der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 sinkt, wird in diesem Fall der Zustand, dass der Druck innerhalb der Ventilschließungs-Druckkammer 50 höher ist als der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52, aufrechterhalten. Daher befinden sich alle PSVs ViS, ViC und ViO im unbestromten Zustand, und obwohl das Einlasssperrventil 20 so gestaltet ist, dass es normalerweise offen ist, kann das Einlasssperrventil 20 im geschlossenen Ventilzustand gehalten werden. Ebenso wird auch das Auslasssperrventil 22, das so gestaltet ist, dass es normalerweise offen ist (1), durch Steuern von VoS, VoC und VoO aus dem Ventilöffnungszustand in den Ventilschließungszustand gebracht, sobald die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 12 unterbrochen wird, und der Ventilschließungszustand wird aufrecht erhalten, wenn alle PSVs VoS, VoC und VoO im unbestromten Zustand sind.
  • Dagegen ist das Befeuchter-Umgehungsventil 18, das in 1 dargestellt ist, ein Sperrventil, das normalerweise geschlossen ist und das im Normalzustand, in dem alle innen vorgesehenen Druckkammern den gleichen Druck aufweisen, den Ventilschließungszustand einnimmt, in dem das Ventilelement 58 geschlossen ist. Das Befeuchter-Umgehungsventil 18, das nicht dargestellt ist, ist so aufgebaut, dass die Spiralfeder 78 (siehe 2 und 3) zwischen der Oberseite des Bodenplattenabschnitts des zylindrischen Elements 64 und der Unterseite des Teilungsabschnitts 44 vorgesehen ist, wobei dies der gleiche Aufbau ist wie der des Einlasssperrventils 20 oder des Auslasssperrventils 22, die in 2 und 3 dargestellt sind. Das Befeuchter-Umgehungsventil 18 kann als Sperrventil gestaltet sein, das normalerweise geschlossen ist, indem eine Spiralfeder zwischen der Oberseite des Elements, das am oberen Endabschnitt des Ventilelements angebracht ist, wie des Andruckelements 74 (siehe 2 und 3), und der Unterseite des Gehäuses 42 vorgesehen wird (siehe die schematische Ansicht von 1).
  • Solch ein Befeuchter-Umgehungsventil 18 verbindet die Ventilschließungs-Druckkammer 50 mit dem Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 auf der VbC-Seite des PSV bzw. die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 mit dem Drucksteuerungs-Strömungsweg 40 auf der VbO-Seite des PSV, wie in 1 dargestellt.
  • Wenn das Ventilelement 58 durch Verlagern des Antriebsschafts 60 nach oben getrieben wird, wird die Luft, die von der Seite der Befeuchter-Umgehungsroute 32, die in Strömungsrichtung oben liegt, zum Einlass 82 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 strömt, vom Auslass 84 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 zur Seite des Brennstoffzellenstapels 18 ausgeführt. Wenn das Ventilelement 58 dagegen durch Verlagerung des Antriebsschafts 60 nach unten getrieben wird, wird der Auslass 84 geschlossen, und der Luftstrom von der Seite der Befeuchter-Umgehungsroute 32, die in Strömungsrichtung oben liegt, zum Brennstoffzellenstapel 12 wird abgesperrt.
  • Eine Verlagerung in axialer Richtung des Antriebsschafts 60 wird durch VbS, VbC und VbO gesteuert, bei denen es sich um drei PSVs handelt, wie im Fall des Einlasssperrventils 20 und des Auslasssperrventils 22. Von der Vielzahl von Dreiecken in 1, die für VbS, VbC und VbO stehen, zeigen die schwarzen Dreiecke den Zustand an, dass die Strömungswege abgesperrt sind, während die weißen Dreiecke den Zustand anzeigen, dass die Strömungswege verbunden sind.
  • Ferner ändert VbS den Verbindungszustand des Strömungswegs gemäß dem bestromten Zustand. VbS verbindet die Gasabgabeseite des Luftkompressors 24 und die Ventilschließungs-Druckkammer 50, wenn es unbestromt ist (nicht mit Energie versorgt wird), und verbindet die Gasabgabeseite des Luftkompressors 24 und die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 im bestromten Zustand. Ferner sind VbC und VbO elektromagnetische Ventile, die normalerweise geschlossen sind und die im unbestromten Zustand geschlossen sind und im bestromten Zustand offen sind. Als solche dienen sie dazu, die Strömungswege abzusperren, wenn das System nicht in Betrieb ist.
  • Solch ein Befeuchter-Umgehungsventil 18 nimmt den geschlossenen Zustand ein, wenn die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 12 unterbrochen wird. Wenn das Befeuchter-Umgehungsventil 18 auf diese Weise geschlossen wird, werden VbS, VbC und VbO alle in den unbestromten Zustand gebracht, wobei das Ventilelement 58 durch die elastische Kraft der Spiralfeder an den Ventilsitz gepresst wird, wie in 1 dargestellt.
  • Das Befeuchter-Umgehungsventil 18 kann durch Einführen von Luft, die vom Luftkompressor 24 verdichtet wurde, in die Ventilschließungs-Druckkammer 50 und durch Öffnen der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 zur Atmosphäre in den Ventilschließungszustand gebracht werden. Dabei wird der Antriebsschaft 60 durch die Kraft, die aufgrund des Druckunterschieds der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 und der Ventilschließungs-Druckkammer 50 in Abwärtsrichtung auf den Antriebsschaft 60 wirkt, und die elastische Kraft der Spiralfeder nach unten getrieben. In diesem Fall wirkt aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, und der Atmosphärendruckkammer 54 eine nach aufwärts gerichtete Kraft auf den Antriebsschaft 60, aber da der Durchmesser der kraftaufnehmenden Fläche des oberen Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Hauptmembran 46 einschließt (siehe 2 und 3), ausreichend größer gestaltet ist als der Durchmesser der druckaufnehmenden Fläche des unteren Abschnitts des Antriebsschafts 60, welche die Nebenmembran 48 einschließt (siehe 2 und 3), wird der Antriebsschaft 60 in Kom bination mit der elastischen Kraft der Spiralfeder nach unten verlagert. Das Befeuchter-Umgehungsventil 18 wird geschlossen.
  • Wie oben beschrieben, werden die PSVs VbS, VbC, VbO, ViS, ViC, ViO, VoS, VoC und VoO, die den Druck des Befeuchter-Umgehungsventils 18, des Einlasssperrventils 20 und des Auslasssperrventils 22 steuern, durch die (nicht dargestellte) Steuereinheit, wie die ECU, gesteuert. Genauer sperrt die Steuereinheit, wenn die Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 12 angehalten wird, den stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen Gasstrom an der Kathodenelektrodenseite des Brennstoffzellenstapels dicht ab, indem sie das Einlasssperrventil 20, das Befeuchter-Umgehungsventil 18 sowie das Auslasssperrventil 22 absperrt, d. h. schließt.
  • Ferner weist die Steuereinheit eine Druckanlegungseinheit auf, die einen Druck, der dem ersten Druckwert, d. h. dem ersten Abgabedruck des Luftkompressors 24, entspricht, auf die mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehende Ventilöffnungs-Druckkammer 52 in jedem Ventil anlegt, ob es sich nun um das Einlasssperrventil 20, das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Auslasssperrventil 22 handelt, und die die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 durch das PSV, das jeweils dem entsprechenden Ventil von den PSVs VbC, ViC und VoC entspricht, öffnet und dadurch bewirkt, dass die oben beschriebenen Ventile sich öffnen.
  • Nun wird der Betrieb im Falle der Öffnung des Einlasssperrventils 20 und des Auslasssperrventils 22 zu Beginn des Leistungserzeugungsbetriebs des Brennstoffzellenstapels 12 mit Bezug auf 5 beschrieben, wobei das Einlasssperrventil 20 als typisches Beispiel genommen wird. 5(a) entspricht der oben beschriebenen 4(d). Wenn das Einlasssperrventil 20 geöffnet wird, wird der Luftkompressor 24 (siehe 1) gestartet, wobei das ViS in 5(a) im unbestromten Zustand gehalten wird. Danach wird das ViC in einen bestromten Zustand gebracht, wie in 5(b) dargestellt, d. h. es wird in einen Ventilöffnungszustand gebracht, und die Ventilschließungs-Druckkammer 50 wird zur Atmosphäre geöffnet. Dadurch wird die Druckluft in der Ventilschließungs-Druckkammer 50 in die Atmosphäre entlassen, und der Druck wird gesenkt. Ferner wird Druckluft vom Luftkompressor 24 auf dem Drucksteuerungs-Strö mungsweg 40 in die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 eingeführt. Dadurch kommt es zu einem Druckunterschied zwischen dem Druck in der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 und dem Druck (Atmosphärendruck) in der Ventilschließungs-Druckkammer 50.
  • Ferner wird die verdichtete Luft vom Luftkompressor 24 auch in die Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, eingeführt, und daher kommt es auch zu einem Druckunterschied zwischen dem Druck in der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, und dem Druck in der Atmosphärendruckkammer 54, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der Druck der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, wird an die Unterseite des ringförmigen verformten Abschnitts 67 der Nebenmembran angelegt, wie in 3 dargestellt, die dann ihrerseits das zylindrische Element 64 nach oben schiebt, so dass der Antriebsschaft nach oben verlagert wird, wie in 2 und 5(b) dargestellt. Infolgedessen wird der Antriebsschaft 60 durch beide Kräfte F3 und F4, bei denen es sich um die dritte Kraft F3, die durch den Druckunterschied zwischen der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist, und der Atmosphärendruckkammer 54 in Aufwärtsrichtung wirkt, und die vierte Kraft F4 handelt, die durch den Druckunterschied zwischen der Ventilschließungs-Druckkammer 50 und der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 aufwärts auf den Antriebsschaft 60 wirkt, und die elastische Kraft der Spiralfeder 78 nach oben getrieben (siehe 2 und 3).
  • In dem Zustand, in dem das Einlasssperrventil 20 vollständig geöffnet ist, wird ViC in einen unbestromten Zustand, d. h. in einen geschlossenen Zustand gebracht, und dadurch werden die Ventilschließungs-Druckkammer 50 und die Atmosphäre gegeneinander abgeschlossen. Im unbestromten Zustand aller PSVs ViS, ViC und ViO wird der Öffnungszustand des Einlasssperrventils 20 aufrechterhalten. Ebenso wird im Falle des Auslasssperrventils 22 (1) zu der Zeit, zu der die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 12 gestartet wird, das Auslasssperrventil 22 durch Steuern von VoC aus einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand gebracht, und der Ventilöffnungszustand wird im unbestromten Zustand aller PSVs VoS, VoC und VoO gehalten.
  • Wenn dagegen das in 1 dargestellte Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet wird, wird Luft, die vom Luftkompressor 24 verdichtet wurde, in die Ventilöffnungs- Druckkammer 52 eingeführt, und die Ventilschließungs-Druckkammer 50 wird zur Atmosphäre geöffnet. Infolgedessen wird durch Kräfte F3' und F4', bei denen es sich um die dritte Kraft, die durch den Druckunterschied zwischen der Druckkammer 56, die Bestandteil des Strömungswegs ist und in die vom Luftkompressor 24 verdichtete Luft eingeführt wird, und der Atmosphärendruckkammer 54 (siehe 2 und 3) in Aufwärtsrichtung auf den Antriebsschaft 60 wirkt (siehe 2 und 3), und die vierte Kraft handelt, die durch den Druckunterschied zwischen der Ventilschließungs-Druckkammer 50 und der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 in Aufwärtsrichtung auf den Antriebsschaft 60 wirkt, der Antriebsschaft 60 gegen die elastische Kraft der Spiralfeder nach oben getrieben. Daraufhin wird das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet.
  • Wie unter Verwendung des Einlasssperrventils 20 als typisches Beispiel beschrieben wurde, werden bei der oben beschriebenen Gestaltung von 4 zu der Zeit, zu der die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 12 unterbrochen wird, sowohl das Einlasssperrventil 20, als auch das Befeuchter-Umgehungsventil 18 und das Auslasssperrventil 22 abgesperrt, d. h. in einen geschlossenen Zustand gebracht. Im Gegensatz dazu wird zu Beginn des Leistungserzeugungsbetriebs, wie oben unter Verwendung des Einlasssperrventils 20 als Beispiel als typisches Beispiel des Systems von 5 beschrieben, das Auslasssperrventil 22 geöffnet und gleichzeitig wird das Einlasssperrventil 20 oder das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet. Beispielsweise wird zu Beginn des Leistungserzeugungsbetriebs vom Einlasssperrventil 20 und vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 zuerst nur das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet, und Luft wird nur auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert. Nachdem eine vorgegebene Zeit vergangen ist, wird anschließend vom Einlasssperrventil 20 und vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 nur das Einlasssperrventil 20 geöffnet, und von der Befeuchter-Umgehungsroute 32 und der Hauptroute 30 wird nur die Hauptroute 30 verwendet, um Luft zum Brennstoffzellenstapel 12 zu liefern, und es wird Leistung erzeugt.
  • Dem Brennstoffzellenstapel 12 wird zu Beginn der Leistungserzeugung Luft zuerst durch die Befeuchter-Umgehungsroute 32 zugeführt, weil sich im Brennstoffzellenstapel eine übergroße Wassermenge sammelt, wenn die Temperatur niedrig ist, wenn dem Brennstoffzellenstapel 12 beim Starten Luft zugeführt wird, die den Befeuchter 28 passiert hat, und die Leistungserzeugung leicht beeinträchtigt werden kann. Dadurch, dass zu Beginn der Leistungserzeugung, wie oben beschrieben, zuerst trockene Luft auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird, wird eine Ansammlung von überschüssigem Wasser im Brennstoffzellenstapel 12 wirksam verhindert, und eine effiziente Leistungserzeugung kann gewährleistet werden.
  • Wenn das Einlasssperrventil 20 oder das Befeuchter-Umgehungsventil 18 infolge eines Gefrierens oder dergleichen im geschlossenen Zustand hängen bleibt, wenn die Umgebung eine Temperatur unter Null hat, d. h. wenn das Ventilelement am unbeweglichen Abschnitt durch Gefrieren oder dergleichen festsitzt, kann es jedoch passieren, dass das Ventil, das normalerweise geöffnet würde, sich nicht öffnet, wenn der Druck, der das Ventil üblicherweise öffnet, auf die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 dieses Ventils wirkt. Um für diese Umstände gerüstet zu sein, umfasst in der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit, wie die ECU, eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil, wobei es sich um eine Druckänderungseinheit handelt, die unter anomalen Bedingungen, unter denen dieses eine Ventil auch dann nicht angetrieben wird, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Einlasssperrventils 20 oder des Befeuchter-Umgehungsventils 18 den ersten Druckwert aufweist, der dem ersten Abgabedruck des Luftkompressors 24 entspricht, den ersten Druckwert in der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 ändert.
  • Die Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil hat die Aufgabe, das Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 (1) während des Startens in einem vorgegebenen Umfang (beispielsweise 50% oder dergleichen) zu öffnen und unter anomalen Bedingungen, unter denen das oben beschriebene eine Ventil auch dann nicht angetrieben wird, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 den ersten Druckwert aufweist, den Druckwert der Luft, die der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils zugeführt wird, durch Begrenzen der Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 (beispielsweise auf 20% oder 0%, d. h. vollständig geschlossen) derart zu erhöhen, dass er größer wird als der erste Druckwert.
  • Dies wird ausführlicher mit Bezug auf das Ablaufschema von 6 beschrieben. 6 zeigt ein Startsteuerverfahren, wenn zu Beginn der Leistungserzeugung vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 (1) und vom Einlasssperrventil 20 (1) zu Anfang nur das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet wird. Wenn dem Brennstoffzellenstapel 12 Luft zugeführt wird, wenn die Leistungserzeugung gestartet wird, d. h. wenn in Schritt S1 durch Drehen eines Zündschlüssels oder dergleichen das erste Mal ein Startbefehl an das Brennstoffzellensystem 10 ausgegeben wird, gibt die Druckanlegungseinheit der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Befehlssignal für die Durchführung der Öffnungs- und Schließungssteuerung von VbS, VbC und VbO aus, um das Befeuchter-Umgehungsventil 18 auf der Basis des Ventilöffnungsbefehls für das Befeuchter-Umgehungsventil 18 zu öffnen. Genauer gibt die Druckanlegungseinheit das Befehlssignal aus, um VbS und VbC in einen bestromten Zustand zu bringen.
  • In Schritt S2 von 6 öffnet dann die Druckanlegungseinheit das Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 auf einen festen Öffnungsgrad, wie halb offen (beispielsweise 50%), betätigt den Luftkompressor und liefert Druckluft. In Schritt S3 bestimmt dann die Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter einen Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt oder nicht, nachdem eine bestimmte Stabilisierungszeit vergangen ist, während sie den Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1, der sich am Auslass des Luftkompressors 24 (1) befindet, überwacht. Diese Stabilisierungszeit ist die Zeit, die vergehen muss, bis die Abgabeströmungsrate (Zufuhrrate) der Luft vom Luftkompressor 24 beispielsweise 80% erreicht, und nachdem sie 80% erreicht hat, wartet die Steuereinheit eine vorgegebene Zeit von t1 s für die Stabilisierung ab. Die Abgabeströmungsrate der Luft vom Luftkompressor 24 wird von einem nicht dargestellten Luftströmungsmesser überwacht.
  • Wenn in Schritt 3 durch die Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nicht auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, nachdem die Stabilisierungszeit vergangen ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 nicht normal geöffnet wird (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), wird anschließend in Schritt S4 die Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 begrenzt (beispielsweise von einer Öffnung von 50%), und der Druck der Luft, die der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 zugeführt wird, wird erhöht.
  • Nachdem eine vorgegebene Zeit vergangen ist, bestimmt dann die Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil in Schritt S6 erneut, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt oder nicht. Wenn durch die Bestimmung in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nicht auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 nicht im normal geöffneten Zustand ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), wird bestimmt, dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 mit einer Öffnungssteuerung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 nicht geöffnet werden kann, und der Ablauf geht dann in Schritt S7 zur anomalen Ventilsteuerungssequenz über.
  • In der anomalen Ventilsteuerungssequenz wird eine Öffnungs- und Schließungssteuerung der PSVs ViS, ViC und ViO zum Antreiben des Einlasssperrventils 20 durchgeführt, um das Einlasssperrventil 20 zu öffnen, ohne das Befeuchter-Umgehungsventil 18 zu öffnen. Dadurch wird die Luft, die vom Luftkompressor 24 abgegeben wird, dem Brennstoffzellenstapel 12 über die Hauptroute 30 zugeführt, und die Leistungserzeugung wird gestartet.
  • Im Gegensatz dazu wird in Schritt S5 die Startsequenzverarbeitung fortgesetzt, wenn in Schritt S3 nach Ablauf der Stabilisierungszeit bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) gesunken ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 im normal geöffneten Zustand ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist). Dadurch wird die vom Luftkompressor 24 abgegebene Luft dem Brennstoffzellenstapel 12 auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zugeführt, und die Leistungserzeugung beginnt.
  • Wenn ferner in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nach Ablauf der Stabilisierungszeit auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 im normal geöffneten Zustand ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist), wird ebenfalls die Startverarbeitungssequenz in Schritt S5 fortgesetzt, so dass die Luft, die vom Luftkompressor 24 abgegeben wird, dem Brennstoffzellenstapel 12 auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zugeführt wird und die Leistungserzeugung beginnt. Nachdem die Sequenz des Schrittes S5 oder S7 abgeschlossen wurde, d. h. nachdem die Startverarbeitung abgeschlossen wurde, wird das Brennstoffzellen-Umgehungsventil 38 in einen vollständig geschlossenen Zustand gebracht.
  • In der obigen Beschreibung wird der Fall beschrieben, dass zu Beginn der Leistungserzeugung Leistung erzeugt wird, indem von der Befeuchter-Umgehungsroute 32 und der Hauptroute 30 zuerst nur die Befeuchter-Umgehungsroute 32 verwendet wird, um Luft zum Brennstoffzellenstapel 12 zu liefern. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf diesen Fall beschränkt und kann durchgeführt werden, wenn zu Beginn der Leistungserzeugung zuerst nur das Einlasssperrventil 20 geöffnet wird und dem Brennstoffzellenstapel 12 Luft auf der Hauptroute 30 zugeführt wird. In einem solchen Fall wird in Schritt S1 der Ventilöffnungsbefehl für das Einlasssperrventil 20 ausgegeben, und wenn der Ablauf zur anomalen Ventilsteuerungssequenz in Schritt S7 wechselt, wird der Ventilöffnungsbefehl für das Befeuchter-Umgehungsventil 18 ausgegeben. Anschließend wird Luft auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert, und die Leistungserzeugung wird gestartet.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Erfindung weist auf: das Befeuchter-Umgehungsventil 18 und das Einlasssperrventil 20, die gemäß der Druckänderung der Luft, die vom Luftkompressor 24 zugeführt wird, angetrieben werden, die Druckanlegungseinheit, die vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 und vom Einlasssperrventil 20 ein Ventil antreibt, indem sie den Druck mit dem ersten Druckwert auf die mit dem Luftkompressor 24 verbundene Ventilöffnungs-Druckkammer 52 in dem oben beschriebenen einen Ventil vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 und vom Einlasssperrventil 20 wirken lässt, und die Steuereinheit für das Brennstoff zellen-Umgehungsventil, bei der es sich um die Druckänderungseinheit handelt, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das eine Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils den ersten Druckwert aufweist, durch Begrenzen der Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils den Druck mit dem ersten Druckwert in der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des einen Ventils ändert, d. h. den Druck erhöht. Selbst wenn das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 hängen bleibt, kann daher durch Erhöhen des Drucks mit dem ersten Druck in der mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehenden Ventilöffnungs-Druckkammer 52 infolge einer Begrenzung der Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 der erste Druckwert geändert werden, und dadurch kann ein stabiler Betrieb erreicht werden. Außerdem muss zum Antreiben des Befeuchter-Umgehungsventils 18 oder des Einlasssperrventils 20 kein Brennstoff im Brennstoffzellenstapel 12 verbraucht werden, und die vom Brennstoffzellenstapel 12 erzeugte Leistung kann effizient genutzt werden.
  • Zweite Ausführungsform der Erfindung
  • 7 ist ein Ablaufschema, das ein Startsteuerverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der folgenden Beschreibung ist der grundsätzliche Aufbau des Brennstoffzellensystems der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, und daher werden die gleichen Bezugszeichen und Buchstaben, die oben verwendet wurden, Abschnitten zugewiesen, die denen der Gestaltung von 1 gleich sind. Zuerst wird ein Startsteuerverfahren beschrieben, wenn zu Beginn der Leistungserzeugung vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 und vom Einlasssperrventil 20 zuerst nur das Befeuchter-Umgehungsventil 18 verwendet wird und danach nur das Einlasssperrventil 20 geöffnet wird.
  • Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist die Druckanlegungseinheit vorgesehen, die das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 durch Wirkenlassen des Drucks mit dem ersten Druckwert, der dem ersten Abgabedruck des Luftkompressors 24 entspricht, auf die mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehende Ventilöffnungs-Druckkammer 52 im Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder im Einlasssperrventil 20 antreibt. Genauer ist in der vorliegenden Ausführungsform entsprechend der Druckänderungseinheit der Steuereinheit in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Luftkompressor-Steuereinheit vorgesehen, bei der es sich um eine Fluidzufuhrabschnitts-Steuereinheit handelt, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das eine Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Drucköffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils den ersten Druckwert aufweist, durch Erhöhen der Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 auf die vorgegebene Strömungsrate statt einer Begrenzung der Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 den Druck mit dem ersten Druckwert in der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des einen Ventils ändert.
  • Anschließend bestimmt die Luftkompressor-Steuereinheit der Steuereinheit in Schritt S3 von 7, wie in der ersten, in 6 dargestellten Ausführungsform, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, nachdem die Stabilisierungszeit vergangen ist, während sie den Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1, der sich am Auslass des Luftkompressors 24 befindet, überwacht.
  • Wenn in Schritt S3 von der Luftkompressor-Steuereinheit bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nicht auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, nachdem die Stabilisierungszeit vergangen ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in dem Zustand ist, in dem es nicht normal geöffnet ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), erhöht die Luftkompressor-Steuereinheit anschließend in Schritt S4 die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 (1) um eine vorgegebene Strömungsrate in Bezug auf die derzeitige Strömungsrate und erhöht dadurch den Druck der Luft, die der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 zugeführt wird, so dass dieser höher wird als der erste Druckwert.
  • Dann bestimmt die Luftkompressor-Steuereinheit in Schritt S6 erneut, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt oder nicht, nachdem die Stabilisierungszeit vergangen ist. Wenn bei der Bestimmung in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nicht auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 sich nicht normal geöffnet hat (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), wird bestimmt, dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 durch Erhöhen der Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 nicht geöffnet werden kann, und in Schritt S7 geht der Ablauf zur anomalen Ventilsteuerungssequenz über, wie in der ersten Ausführungsform, die in der oben beschriebenen 6 dargestellt ist.
  • Wenn dagegen nach Ablauf der Stabilisierungszeit in Schritt S3 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in dem Zustand ist, in dem es normal geöffnet ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist), wird in Schritt S5 die Startverarbeitungssequenz fortgesetzt.
  • Wenn ferner nach Ablauf der Stabilisierungszeit in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) sinkt, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in dem Zustand ist, in dem es normal geöffnet ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist), wird die Startverarbeitungssequenz in Schritt S5 ebenfalls fortgesetzt, so dass die Luft, die vom Luftkompressor 24 abgegeben wird, auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird.
  • In der obigen Beschreibung wurde der Fall beschrieben, dass Leistung dadurch erzeugt wird, dass zu Beginn der Leistungserzeugung Luft nur auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32, und nicht auf der Hauptroute 30 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf diese Gestaltung beschränkt und kann auch verwendet werden, wenn zu Beginn der Leistungserzeugung Luft auf der Hauptroute 30 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird, indem zuerst nur das Einlasssperrventil 20, aber nicht das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet wird, wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weist die Luftkompressor-Steuereinheit als die Druckänderungseinheit auf, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das eine Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Befeuchter-Umgehungsventils oder des Einlasssperrventils 20 den ersten Druckwert aufweist, den Druck mit dem ersten Druckwert in der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 entweder des Befeuchter-Umgehungsventils 18 oder des Einlasssperrventils 20 ändert, d. h. den Druckwert des Drucks innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 über den ersten Druckwert hinaus erhöht, indem sie die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors erhöht. Auch wenn vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 und vom Einlasssperrventil 20 ein Ventil blockiert ist oder festsitzt, kann daher ein Festsitzen des eines Ventils durch Erhöhen des Druckwerts des Druckes innerhalb der mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehenden Ventilöffnungs-Druckkammer 52 in dem einen Ventil durch Erhöhen der Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 gelöst werden, und dadurch kann ein stabiler Betrieb durchgeführt werden.
  • Da Gestaltung und Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform ansonsten der in den oben beschriebenen 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsform gleich sind, werden die Darstellung und die Beschreibung der gleichartigen Abschnitte nicht wiederholt.
  • Dritte Ausführungsform der Erfindung
  • Obwohl nicht dargestellt, können die in den oben beschriebenen 1 bis 6 dargestellte erste Ausführungsform und die in der oben beschriebenen 7 dargestellte Ausführungsform als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. Genauer wird die vorliegende Erfindung nachstehend unter Verwendung der Bezugszahlen und Buchstaben von 1 beschrieben, in der die oben beschriebene erste Ausführungsform dargestellt ist; die vorliegende Ausführungsform weist die Druckanlegungseinheit auf, die bewirkt, dass der Druck mit dem ersten Druckwert, der dem ersten Abgabedruck des Luftkompressors entspricht, auf die mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehende Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Befeuchter-Um gehungsventils 18 oder des Einlasssperrventils 20 wirkt, und dadurch das oben beschriebene eine Ventil antreibt, wie in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen. In der vorliegenden Ausführungsform wird entsprechend der in der ersten Ausführungsform für die Steuereinheit vorgesehenen Druckänderungseinheit eine Steuereinheit für den Luftkompressor und das Brennstoffzellen-Umgehungsventil verwendet, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das eine Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils den ersten Druckwert aufweist, der dem ersten Abgabedruck des Luftkompressors 24 entspricht, die Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 begrenzt und die Abgabeströmungsrate der Luft aus dem Luftkompressor 24, bei dem es sich um den Fluidzufuhrabschnitt handelt, erhöht.
  • In der so gestalteten vorliegenden Ausführungsform, die beispielsweise auf die Gestaltung der ersten Ausführungsform angewendet wird, die in der oben beschriebenen 6 dargestellt ist, erhöht in Schritt S4 die Steuereinheit für den Luftkompressor und das Brennstoffzellen-Umgehungsventil die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 um eine vorgegebene Strömungsrate und begrenzt die Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38, um den Druck der Luft, die der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 oder des Einlasssperrventils 20 zugeführt wird, zu erhöhen. Bei einer solchen Gestaltung kann auch dann, wenn das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 festsitzt, dieses Ventil leichter angetrieben werden.
  • Gestaltung und Funktionsweise sind ansonsten die gleichen wie in der ersten Ausführungsform, die in den oben beschriebenen 1 bis 6 beschrieben ist, oder wie in der in 7 dargestellten zweiten Ausführungsform.
  • Vierte Ausführungsform der Erfindung
  • 8a, 8b, 8c, 9 und 10 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung ist die grundlegende Gestaltung des Brennstoffzellensystems die gleiche wie im Fall von 1, in der die oben beschriebene erste Ausführungsform dargestellt ist, und Abschnitte, die der Gestaltung von 1 gleich sind, werden daher mit den gleichen Bezugszeichen und Buchstaben versehen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 8a, 8b und 8c sind schematische Darstellungen des Problems, das von der vorliegenden Ausführungsform gelöst werden soll, und des Prinzips zur Lösung dieses Problems. Genauer zeigen 8a, 8b und 8c die Beziehung des Ventilelements 58 und des Öffnungsabschnitts, der im Teilungsabschnitt 44 vorgesehen ist, bei dem es sich um einen Gleitabschnitt handelt, durch den das Ventilelement 58 im Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder im Einlasssperrventil 20 gleitet. Das Problem, das von der vorliegenden Ausführungsform gelöst wird, ist, dass in 8a im Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder im Einlasssperrventil 20 das Ventilelement 58 in dem Zustand, in dem das Ventilelement 58 in Bezug auf die axiale Richtung des Öffnungsabschnitts, der im Teilungsabschnitt 44 vorgesehen ist, geneigt ist und am Eckabschnitt des Öffnungsabschnitts oder dergleichen hängen bleibt und in einem Zustand, in dem das Ventil nicht ganz offen ist, festsitzt. Wenn das Ventilelement 58 auf solche Weise im Öffnungsabschnitt festsitzt, wird es wie in dem Fall, dass das Ventilelement 58 am unbeweglichen Abschnitt wegen Gefrierens hängen bleibt, unwahrscheinlich, dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 sich vollständig öffnet, wenn der Normalöffnungsdruck zur Ventilöffnungskammer 52 des Befeuchter-Umgehungsventils 18 oder des Einlasssperrventils 20 geliefert wird.
  • Um dieses Problem zu lösen, weist in der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit, wie die ECU, eine Druckanlegungseinheit auf, die das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 antreibt, indem sie bewirkt, dass der Druck mit dem ersten Druckwert auf die mit dem Luftkompressor 24 (1) in Verbindung stehende Ventilöffnungsdruckkammer 52 im Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder im Einlasssperrventil 20 wirkt, wie in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen. Außerdem weist die Steuereinheit eine zweite Luftkompressor-Steuereinheit auf, bei der es sich um eine Druckänderungseinheit handelt, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des einen Ventils den ersten Druckwert aufweist, den Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 dieses einen Ventils ändert, anders ausgedrückt, den Druck abwechselnd hebt und senkt. Die zweite Luftkompres sor-Steuereinheit hebt und senkt abwechselnd den Zufuhrdruck der Luft, die der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils vom Luftkompressor 24 zugeführt wird. Bei dieser Gestaltung ändert die zweite Luftkompressor-Steuereinheit die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 in Pulsen oder in vorgegebenen Intervallen, um die Strömungsrate wiederholt zu erhöhen und zu senken.
  • Nun wird unter Verwendung des Ablaufschemas von 9 ein Startverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausführlicher beschrieben. 9 zeigt ein Startsteuerverfahren, wenn zu Beginn der Leistungserzeugung zuerst nur das Befeuchter-Umgehungsventil 18 geöffnet wird und das Einlasssperrventil 20 nicht geöffnet wird. Wenn gemäß der vorliegenden Ausführungsform Luft während des Startens zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird, gibt die Druckanlegungseinheit der Steuereinheit, wenn durch Drehen des Zündschlüssels oder dergleichen ein Startbefehl an das Brennstoffzellensystem 10 ausgegeben wird, in Schritt S1 zuerst das Befehlssignal für die Durchführung der Öffnungs- und Schließungssteuerung von VbS, VbC und VbO aus, um aufgrund des Ventilöffnungsbefehls für das Befeuchter-Umgehungsventil 18 das Befeuchter-Umgehungsventil 18 zu öffnen, wie in der in 6 dargestellten ersten Ausführungsform.
  • Dann betätigt die Druckanlegungseinheit in Schritt S2 den Luftkompressor 24 durch Öffnen des Brennstoffzellen-Umgehungsventils 38 auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad, wie halb offen (50%), und liefert verdichtete Luft. Anschließend bestimmt die zweite Luftkompressor-Steuereinheit der Steuereinheit in Schritt S3, wie in der in der oben beschriebenen 6 dargestellten ersten Ausführungsform, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) gesunken ist oder nicht, nachdem eine Stabilisierungszeit vergangen ist, während sie den Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1, der sich am Auslass des Luftkompressors 24 befindet, überwacht.
  • Wenn in Schritt S3 die zweite Luftkompressor-Steuereinheit bestimmt, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nicht auf oder unter den Schwellenwert Ps (kPa) sinkt, nachdem die vorgegebene Stabilisierungszeit vergangen ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in dem Zustand ist, in dem das Befeuchter-Umgehungsventil 18 nicht vollständig offen ist, wie normal (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), ändert anschließend die zweite Luftkompressor-Steuereinheit die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 derart, dass sie wiederholt die Strömungsrate in Pulsen oder Intervallen erhöht und senkt. 10(a) zeigt die zeitabhängige Änderung in einem Beispiel, in dem die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 in vorgegebenen Intervallen abwechselnd steigen und sinken gelassen wird. Dementsprechend ändert sich auch die Antriebskraft für das Befeuchter-Umgehungsventil 18, bei der es sich um die Antriebskraft handelt, die auf das Ventilelement 58 des Befeuchter-Umgehungsventils wirkt, derart, dass sie während jedes vorgegebenen Intervalls wiederholt steigt und sinkt.
  • Wie in 9 dargestellt, bestimmt in Schritt S6 die zweite Luftkompressor-Steuereinheit erneut, ob der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 auf oder unter den Schwellenwert Ps (kPa) fällt oder nicht, nachdem die vorgegebene Zeit vergangen ist. Wenn bei der Bestimmung in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors nicht auf oder unter den Schwellenwert Ps (kPa) gesunken ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in einem Zustand ist, in dem es nicht offen ist wie normal (wenn die Ventilöffnungsbestimmung NG ist), wird bestimmt, dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 mit der Steuerung, bei der die Abgaberate des Luftkompressors 24 geändert wird, nicht vollständig geöffnet werden kann, und wie in der ersten Ausführungsform, die in der oben beschriebenen 6 dargestellt ist, geht das Verfahren zur anomalen Ventilsteuerungssequenz in Schritt S7 über.
  • Wenn dagegen in Schritt S3 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksensors P1 nach Ablauf der Stabilisierungszeit auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) gesunken ist, anders ausgedrückt, dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in einem normalen offenen Zustand ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist), wird die Startsequenzverarbeitung mit Schritt S5 fortgesetzt.
  • Ferner wird die Startsequenzverarbeitung auch dann mit Schritt 5 fortgesetzt, wenn in Schritt S6 bestimmt wird, dass der Druckerfassungswert des Einlassdrucksen sors P1 nach Ablauf der Stabilisierungszeit auf oder unter den Druckschwellenwert Ps (kPa) gesunken ist, d. h. dass das Befeuchter-Umgehungsventil 18 in einem normalen Öffnungszustand ist (wenn die Ventilöffnungsbestimmung OK ist), und die Luft, die vom Luftkompressor 24 abgegeben wird, wird dann auf der Befeuchter-Umgehungsroute 32 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert.
  • In dem obigen Beispiel wurde ein Fall beschrieben, in dem die Leistungserzeugung damit anfängt, dass zu Beginn der Leistungserzeugung von der Befeuchter-Umgehungsroute 32 und der Hauptroute 30 zuerst nur die Befeuchter-Umgehungsroute 32 verwendet wird, um Luft zum Brennstoffzellenstapel 12 zu liefern. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf einen solchen Fall beschränkt, sondern kann auch in Situationen angewendet werden, wo Luft beim Starten auf der Hauptroute 30 zum Brennstoffzellenstapel 12 geliefert wird, indem vom Einlasssperrventil 20 und vom Befeuchter-Umgehungsventil 18 zuerst nur das Einlasssperrventil 20 geöffnet wird, wie in der ersten Ausführungsform, die in 1 bis 6 beschrieben ist.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform weist auf: die Druckanlegungseinheit, die bewirkt, dass der Druck mit dem ersten Druckwert auf die mit dem Luftkompressor 24 in Verbindung stehende Ventilöffnungs-Druckkammer 52 im Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder im Einlasssperrventil 20 wirkt, und die dadurch das Ventil antreibt, und die zweite Luftkompressor-Steuereinheit, bei der es sich um die Druckänderungseinheit handelt und die unter anomalen Bedingungen, unter denen das eine Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhaib der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des oben beschriebenen einen Ventils den ersten Druckwert aufweist, den Druck mit dem ersten Druckwert innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des einen Ventils ändert, d. h. die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 abwechselnd erhöht und senkt. Auch wenn die Antriebswelle 60 (siehe 2 und 3) des Ventilelements 58 des oben beschriebenen einen Ventils an einem unbeweglichen Abschnitt des Ventils hängen bleibt, weil der Antriebsschaft 60 in Bezug auf den Öffnungsabschnitt der Teilungseinheit 44, bei dem es sich um den Gleitabschnitt handelt, geneigt ist, und das Ventil festsitzt und nicht zum Funktionieren gebracht werden kann, wenn nur der Normaldruck für das Antreiben des Ven tils auf die Ventilöffnungs-Druckkammer 52 angelegt wird, kann daher bewirkt werden, dass durch eine Druckänderung die Kraft abwechselnd auf einer Seite in der axialen Richtung und auf der anderen Seite in der axialen Richtung auf das Ventilelement 58 wirkt. Daher wird eine Blockierung des Ventils gelöst und das Ventil kann angetrieben werden.
  • Genauer kann selbst dann, wenn ein hängen gebliebenes bewegliches Teil des Ventilelements 58 durch Anlegen einer Kraft an das Ventilelement 58 nur in einer Richtung nicht befreit werden kann, das Ventil dadurch gelöst werden, dass man eine Kraft abwechselnd in Aufwärts- und Abwärtsrichtung auf das Ventilelement wirken lässt, indem man die Abgabeströmungsrate des Luftkompressors 24 nach oben und nach unten ändert, wie in 8b und 8c dargestellt. Infolgedessen wird eine Neigung des Ventilelements 58 in Bezug auf den Gleitabschnitt korrigiert, und das Ventil kann problemlos arbeiten. Dadurch kann ein stabiler Betrieb erreicht werden. Außerdem muss der Brennstoff im Brennstoffzellenstapel 12 nicht verbraucht werden, um das Befeuchter-Umgehungsventil 18 oder das Einlasssperrventil 20 anzutreiben, und die erzeugte Leistung des Brennstoffzellenstapels 12 kann effizienter genutzt werden.
  • Ansonsten sind Gestaltung und Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform die gleichen wie in der in den oben beschriebenen 1 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • Fünfte Ausführungsform der Erfindung
  • Obwohl nicht dargestellt, kann gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil als Druckänderungseinheit in der vierten Ausführungsform, die in den oben beschriebenen 8a, 8b, 8c, 9 und 10 beschrieben ist, verwendet werden, die unter anomalen Bedingungen, in denen das eine Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Ventilöffnungs-Druckkammer 52 des einen Ventils, bei dem es sich um das Einlasssperrventil 20 oder um das Befeuchter-Umgehungsventil 18 handelt, beim ersten Druckwert liegt, den Druckwert des Drucks innerhalb der Ventilöffnungs- Druckkammer 52 des einen Ventils, bei dem es sich um das Einlasssperrventil 20 oder das Befeuchter-Umgehungsventil 18 handelt, abwechselnd erhöht und senkt. Wenn anomale Bedingungen auftreten, wie oben beschrieben, ändert die zweite Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil 18 die Öffnung des Befeuchter-Umgehungsventils 18 hierbei so, dass die Öffnung abwechselnd größer und kleiner wird. Wenn eine solche zweite Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil verwendet wird, kann bewirkt werden, dass eine Kraft abwechselnd auf beide Seiten des Ventilelements 58 wirkt (siehe 8a, 8b und 8c), und das Ventil kann durch Lösen einer Blockierung am unbeweglichen Abschnitt wegen eines Hängenbleibens des Ventilelements oder dergleichen problemlos angetrieben werden, wodurch ein stabiler Betrieb erreicht wird, wie in der oben beschriebenen vierten Ausführungsform.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • BRENNSTOFFZELLENSYSTEM
  • Ein Brennstoffzellensystem weist auf: ein Einlasssperrventil (20), das in einer Hauptroute (30) vorgesehen ist, die einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg (14) bildet, ein Befeuchter-Umgehungsventil (18), das in einer Befeuchter-Umgehungsroute (32) vorgesehen ist, bei der es sich um eine Route handelt, welche die Hauptroute (30) umgeht, ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil (38), das in einer Brennstoffzellen-Umgehungsroute (36) vorgesehen ist, die einen Brennstoffzellenstapel (12) umgeht, und eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil. Unter anomalen Bedingungen, unter denen das Einlasssperrventil (20) oder das Befeuchter-Umgehungsventil (18) auch dann nicht funktionieren, wenn der Druck in der Ventilöffnungskammer (52) des einen der Ventile einen ersten Druckwert aufweist, begrenzt die Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil die Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils (38), um den Druck in der Ventilöffnungs-Druckkammer (52) zu erhöhen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2000-3717 [0003]
    • - JP 2005-347185 [0004]

Claims (7)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion eines Oxidierungsgases und eines Brenngases elektrische Leistung erzeugt; ein Ventil, das gemäß einer Druckänderung eines Fluids, das von einem Fluidzufuhrabschnitt geliefert wird, funktioniert; eine Druckanlegungseinheit, die das Ventil dadurch antreibt, dass sie einen Druck mit einem ersten Druckwert auf eine Druckkammer, die mit dem Fluidzufuhrabschnitt in Verbindung steht, wirken lässt; und eine Druckänderungseinheit, die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck mit dem ersten Druckwert in der Druckkammer ändert.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der das Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert; einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas in Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt; einen Brennstoffzellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg verbindet und die Brennstoffzelle umgeht; und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, wobei die Druckänderungseinheit eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil ist, die das Brennstoffzellen-Umgehungsventil während des Starts in einem vorgegebenen Umfang öffnet und einen Druckwert eines Fluids, das der Druckkammer zugeführt werden soll, auf über den ersten Druckwert erhöht, indem sie unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil selbst dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer beim ersten Druckwert liegt, eine Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils begrenzt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Druckänderungseinheit eine Fluidzufuhrabschnitts-Steuereinheit ist, die den Zufuhrdruck des Fluids, das vom Fluidzufuhrabschnitt zur Druckkammer geliefert werden soll, auf einen Druck erhöht, der über dem ersten Druckwert liegt.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der das Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert; einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas im Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt; einen Brennstoffzellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg verbindet und die Brennstoffzelle umgeht; und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, wobei die Druckänderungseinheit eine Steuereinheit für ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil des Fluidzufuhrabschnitts ist, die das Brennstoffzellen-Umgehungsventil während des Startens in einem vorgegebenen Umfang öffnet und die unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, eine Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils begrenzt und eine Abgabeströmungsrate eines Fluids aus dem Fluidzufuhrabschnitt erhöht.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Druckänderungseinheit unter anomalen Bedingungen, unter denen das Ventil auch dann nicht funktioniert, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer den ersten Druckwert aufweist, den Druck in der Druckkammer abwechselnd erhöht und senkt.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei die Druckänderungseinheit eine Fluidzufuhrabschnitts-Steuereinheit ist, die den Zufuhrdruck eines Fluids, das der Druckkammer durch den Fluidzufuhrabschnitt zugeführt werden soll, abwechselnd erhöht und senkt.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, ferner aufweisend: einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg, der das Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle liefert; einen im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg, der Gas, das mit dem Oxidierungsgas im Zusammenhang steht, aus der Brennstoffzelle ausführt; einen Brennstoffzellen-Umgehungsweg, der den Oxidierungsgas-Zufuhrweg und den im Zusammenhang mit dem Oxidierungsgas vorgesehenen Abfuhrweg verbindet und die Brennstoffzelle umgeht; und ein Brennstoffzellen-Umgehungsventil, das im Brennstoffzellen-Umgehungsweg vorgesehen ist, wobei die Druckänderungseinheit eine Steuereinheit für das Brennstoffzellen-Umgehungsventil ist, die eine Öffnung des Brennstoffzellen-Umgehungsventils abwechselnd vergrößert und verkleinert.
DE112008000547T 2007-03-09 2008-03-07 Brennstoffzellensystem Expired - Fee Related DE112008000547B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007059709A JP5023743B2 (ja) 2007-03-09 2007-03-09 燃料電池システム
JP2007-059709 2007-03-09
PCT/JP2008/054686 WO2008111659A1 (ja) 2007-03-09 2008-03-07 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112008000547T5 true DE112008000547T5 (de) 2010-01-07
DE112008000547B4 DE112008000547B4 (de) 2011-09-08

Family

ID=39759590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112008000547T Expired - Fee Related DE112008000547B4 (de) 2007-03-09 2008-03-07 Brennstoffzellensystem

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8642194B2 (de)
JP (1) JP5023743B2 (de)
KR (1) KR101126665B1 (de)
CN (1) CN101632193B (de)
DE (1) DE112008000547B4 (de)
WO (1) WO2008111659A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008002494B4 (de) * 2007-09-28 2013-08-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
WO2014094938A1 (de) * 2012-12-18 2014-06-26 Daimler Ag Verfahren zum regeln eines brennstoffzellensystems

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010146788A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、およびその起動時における開弁動作の制御方法
KR101124985B1 (ko) * 2009-06-19 2012-03-27 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 통합형 밸브 장치
US8920996B2 (en) 2010-05-11 2014-12-30 Dcns Systems and methods for regulating fuel cell air flow during low loads or cold temperature operation
DE112010005734B4 (de) * 2010-07-13 2018-01-11 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Rohrleitungseinheit für eine Brennstoffzelle, mit Rohrleitungseinheit ausgestattete Brennstoffzelleneinheit und Brennstoffzellensystem
JP2014116069A (ja) * 2011-03-31 2014-06-26 Panasonic Corp 燃料電池システム
EP2565970A1 (de) * 2011-09-02 2013-03-06 Belenos Clean Power Holding AG Brennstoffzellensystem mit Ausstoßvorrichtung zur Rückführung von Abgas aus einem Stapel
US9425471B2 (en) * 2012-03-14 2016-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP5476408B2 (ja) 2012-03-14 2014-04-23 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
DE102012022627A1 (de) * 2012-11-20 2013-11-28 Daimler Ag Befeuchtungsanordnung für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben einer Befeuchtungsanordnung
US9847538B2 (en) * 2013-10-08 2017-12-19 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
DE102014007677A1 (de) * 2014-05-20 2015-11-26 Daimler Ag Behandlungseinrichtung zum Behandeln von Abgas eines Brennstoffzellenstapels, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem
EP3185344A4 (de) * 2014-08-20 2017-09-20 Nissan Motor Co., Ltd Brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystemsteuerungsverfahren
US10069157B2 (en) 2015-05-18 2018-09-04 Hyundai Motor Company Fuel cell system having valve module between fuel cell stack and humidifier
KR101795137B1 (ko) * 2015-06-03 2017-11-08 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 공기 공급 제어 장치 및 그 방법
US10033056B2 (en) 2015-09-13 2018-07-24 Honeywell International Inc. Fuel cell regulation using loss recovery systems
KR20170097810A (ko) 2016-02-18 2017-08-29 현대자동차주식회사 연료전지 시스템용 공기밸브 장치
KR102635919B1 (ko) 2016-12-14 2024-02-08 현대자동차주식회사 연료전지 시스템용 공기밸브 장치 및 그 제어방법
KR102552485B1 (ko) * 2016-12-16 2023-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템
CN113710941B (zh) * 2019-04-17 2024-03-19 爱三工业株式会社 气阀和使用了该气阀的燃料电池系统
DE102020110604A1 (de) 2020-04-20 2021-10-21 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung und Kraftfahrzeug mit einer solchen
US11611091B2 (en) * 2021-02-10 2023-03-21 Cummins Inc. Air tank and variable geometry air handling in hydrogen fuel cells
DE102022128711A1 (de) 2022-10-28 2024-05-08 MTU Aero Engines AG Flugzeug-Brennstoffzellen-Antrieb

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003717A (ja) 1998-06-13 2000-01-07 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2005347185A (ja) 2004-06-07 2005-12-15 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその異常判定方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3217469B2 (ja) * 1992-06-30 2001-10-09 豊興工業株式会社 油圧用電磁切換弁
JP3174462B2 (ja) 1994-09-08 2001-06-11 東京瓦斯株式会社 燃料電池発電装置の電磁弁の操作方法
JP4041924B2 (ja) * 1997-03-13 2008-02-06 株式会社日立製作所 減衰力調整式油圧緩衝器
JP4181391B2 (ja) * 2002-11-29 2008-11-12 株式会社ケーヒン 燃料電池用電磁弁
US7040596B2 (en) * 2002-11-29 2006-05-09 Keihin Corporation Solenoid valve for fuel cell
JP4304975B2 (ja) * 2002-12-18 2009-07-29 富士電機ホールディングス株式会社 燃料電池発電装置
JP2005150090A (ja) 2003-10-24 2005-06-09 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4647236B2 (ja) * 2003-11-28 2011-03-09 本田技研工業株式会社 燃料電池の反応ガス供給装置
JP4742522B2 (ja) * 2004-06-08 2011-08-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5380760B2 (ja) * 2004-07-08 2014-01-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の制御装置
US7481412B2 (en) * 2004-11-30 2009-01-27 Keihin Corporation Solenoid-operated cutoff valve for use with fuel cells
JP4398349B2 (ja) * 2004-11-30 2010-01-13 株式会社ケーヒン 燃料電池用電磁遮断弁
JP2006302612A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP5205718B2 (ja) * 2006-07-12 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4894481B2 (ja) * 2006-11-28 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000003717A (ja) 1998-06-13 2000-01-07 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2005347185A (ja) 2004-06-07 2005-12-15 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその異常判定方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008002494B4 (de) * 2007-09-28 2013-08-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
US8541142B2 (en) 2007-09-28 2013-09-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
DE112008002494B8 (de) * 2007-09-28 2013-12-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
WO2014094938A1 (de) * 2012-12-18 2014-06-26 Daimler Ag Verfahren zum regeln eines brennstoffzellensystems

Also Published As

Publication number Publication date
US20100021783A1 (en) 2010-01-28
KR101126665B1 (ko) 2012-04-13
US8642194B2 (en) 2014-02-04
JP5023743B2 (ja) 2012-09-12
KR20090108132A (ko) 2009-10-14
DE112008000547B4 (de) 2011-09-08
WO2008111659A1 (ja) 2008-09-18
JP2008226520A (ja) 2008-09-25
CN101632193A (zh) 2010-01-20
CN101632193B (zh) 2012-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008000547B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE10214727B4 (de) Startsteuervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem, Verfahren zur Bestimmung des Zustandes von Steuerventilen und Brennstoffzellensystem
DE112007002858B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Steuereinheit zum Ansteuern von Ventilen unter Verwendung des Drucks eines durch einen Fluidströmungsweg strömenden Fluids
DE102008033472B4 (de) Brennstoffzellensystem sowie Verwendung und Verfahren zum Betreiben des Systems
DE112007002889B4 (de) Fluidsteuerungsventil und Brennstoffzellensystem
DE102007051811B4 (de) Durch ein geteiltes Solenoid beheiztes Ventil
DE112010005623B4 (de) Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE112007001753B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112006003292T5 (de) Brennstoffzellensystem und beweglicher Gegenstand
DE112007002775B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112010005307B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112005001278T5 (de) Störungsdiagnosevorrichtung für Auslassventil
DE102018100942A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE102018100027A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE112008000393T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102017129733B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102020120391A1 (de) Gasversorgungssystem und Verfahren zum Schätzen des Innendrucks eines Gastanks
DE102009017065B4 (de) Brennstoffzellensystem sowie abschaltverfahren und abschaltbetriebsablauf für ein brennstoffzellensystem
DE112006003142T5 (de) Brennstoffzellsystem und dessen Betriebsunterbrechungsverfahren
DE102012007377A1 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle
DE102014210351A1 (de) Brennstoffzellenstapel und entsprechendes steuerverfahren
DE112008000866B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112007002888B4 (de) Ventil für Brennstoffzelle und Brennstoffzellen-Fahrzeug
DE102006047916A1 (de) Kompakte Konstruktion zum Wechseln einer Anodenströmung für kleine Brennstoffzellenfahrzeuge
DE112007001372T5 (de) Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20111209

R084 Declaration of willingness to licence
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008040890