DE112008000960T5 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems Download PDF

Info

Publication number
DE112008000960T5
DE112008000960T5 DE112008000960T DE112008000960T DE112008000960T5 DE 112008000960 T5 DE112008000960 T5 DE 112008000960T5 DE 112008000960 T DE112008000960 T DE 112008000960T DE 112008000960 T DE112008000960 T DE 112008000960T DE 112008000960 T5 DE112008000960 T5 DE 112008000960T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
passage
anode
gas
anode 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
DE112008000960T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112008000960B4 (de
DE112008000960A5 (de
Inventor
Keigo Toyota-shi Suematsu
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 DE112008000960T5 publication Critical patent/DE112008000960T5/de
Publication of DE112008000960A5 publication Critical patent/DE112008000960A5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112008000960B4 publication Critical patent/DE112008000960B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes 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
    • H01M8/0432Temperature; Ambient temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes 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
    • H01M8/04492Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04514Humidity; Ambient humidity; Water content of anode exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes 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
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04544Voltage
    • H01M8/04559Voltage of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701Temperature
    • H01M8/04723Temperature of the coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird, und einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind, wobei das Brennstoffzellensystem Folgendes umfasst:
einen Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht;
eine Verbindungszustand-Umschalteinrichtung zum Umschalten des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand;
eine Gasströmungseinrichtung zum Hervorrufen einer Gasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass, wenn der Verbindungsdurchlass offen ist; und
eine Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Umschaltens des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses durch die Verbindungszustand-Umschalteinrichtung, wobei
die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass normalerweise in dem geschlossenen Zustand hält und den Verbindungsdurchlass öffnet, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt worden ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und genauer auf ein Brennstoffzellensystem, das mit Anodengas arbeitet, das in jeder Brennstoffzelle einbehalten wird, oder das arbeitet, während kontinuierlich Anodenabgas mit einer sehr geringen Rate aus einem geschlossenen Anodengasdurchlass ausgestoßen wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Steuern solcher Brennstoffzellensysteme.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die veröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung Nr. 08-500931 ( JP-T-08-500931 ), die japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 2005-32652 ( JP-A-2005-32652 ), Nr. 2005-19331 ( JP-A-2005-19331 ) und Nr. 2005- 166498 ( JP-A-2005-166498 ) beschreiben zum Beispiel Brennstoffzellensysteme (Brennstoffzellensysteme der Zirkulationsbauart), in denen Anodenabgas, das ein Anodengas ist, das in den Brennstoffzellen genutzt worden ist, wieder in Umlauf gebracht wird, um jeglichen nicht in Reaktion getretenen Wasserstoff, der im Anodenabgas verbleibt, zu verwerten. In solchen Brennstoffzellensystemen der Zirkulationsbauart wird zusammen mit dem Anodengas auch Stickstoff zirkuliert, der durch die Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle in die Anode eintritt, und dieser Stickstoff sammelt sich während des Betriebs des Brennstoffzellensystems im Zirkulationsdurchlass des Anodengases. Folglich ist ein Austrittsventil vorgesehen, um die Verdrängung von Stickstoff aus dem Zirkulationsdurchlass zu erleichtern. Indem dieses Austrittsventil geeignet gesteuert wird, kann somit Stickstoff, der sich im Zirkulationsdurchlass angesammelt hat, ausgestoßen werden, so dass die Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas, das den Brennstoffzellen zugeführt wird, wiederhergestellt wird.
  • Da sich Stickstoff in dem Zirkulationsdurchlass gleichmäßig im Anodengas verteilt, wird jedoch zusammen mit dem Stickstoff auch eine große Menge Wasserstoff ausgestoßen, falls das Austrittsventil so betätigt wird, dass eine große Menge Stickstoff ausgestoßen wird. Selbst wenn die Stromerzeugungseffizienz des Brennstoffzellensystems erhöht wird, indem die Stickstoffkonzentration im Anodengas verringert wird, führt der Wasserstoffschwund unmittelbar zu einem Rückgang der Brennstoffwirtschaftlichkeit des gesamten Systems. Es besteht also eine Grenze bezüglich des Umfangs, mit dem sich die Stickstoffkonzentration in dem Anodengas verringern lässt, weswegen diese Verbesserung der Stromerzeugungseffizienz begrenzt ist.
  • Gleichzeitig gibt es Brennstoffzellensysteme der Zirkulationsbauart, in denen an jeder Brennstoffzelle unter Verwendung von Anodengas, das in der der Brennstoffzelle einbehalten wird, Strom erzeugt wird und der Brennstoffzelle zusätzliches Anodengas zugeführt wird, um das zur Stromerzeugung genutzte Anodengas wieder aufzufüllen (Brennstoffzellensysteme der Dead-End-Bauart). Des Weiteren sind Brennstoffzellensysteme entwickelt worden, in denen an jeder Brennstoffzelle Strom erzeugt wird, während Anodenabgas mit einer sehr geringen Rate aus einem geschlossenen Anodengasdurchlass ausgestoßen wird („mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitende Brennstoffzellensysteme”)
  • Wie in den Brennstoffzellensystemen der Zirkulationsbauart tritt auch in den Brennstoffzellensystemen der Dead-End-Bauart und den mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Brennstoffzellensystemen Stickstoff durch die Elektrolytmembran in jeder Brennstoffzelle in die Anode ein. Allerdings verteilt sich der Stickstoff, der durch die Elektrolytmembran in die Anode eingetreten ist, in den Brennstoffzellensystemen der Dead-End-Bauart und den mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Brennstoffzellensystemen nicht gleichmäßig, sondern sammelt sich auf der strömungsabwärtigen Seite der Anode. Falls also das Austrittsventil in den Brennstoffzellensystemen der Dead-End-Bauart geöffnet wird, nachdem sich eine ausreichende Menge Stickstoff im strömungsabwärtigen Teil der Anode gesammelt hat, wird einmalig eine große Menge Stickstoff ausgestoßen, ohne Wasserstoff zu verschwenden. In den mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Brennstoffzellensystemen kann der Stickstoff, der sich am strömungsabwärtigen Teil der Anode sammelt, indessen nach und nach aus dem geschlossenen Anodengasdurchlass austreten. In den Brennstoffzellensystemen der Dead-End-Bauart und den mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Brennstoffzellensystemen kann die Stickstoffkonzentration im Anodengas also niedrig gehalten werden, weswegen eine hohe Stromerzeugungseffizienz erreicht werden kann.
  • Die Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle benötigt Wassermoleküle, um den Wasserstoffionen zu ermöglichen, sich in ihnen zu bewegen, weswegen die Elektrolytmembran nur dann eine hohe Wasserstoffionen-Leitfähigkeit zeigt, wenn sie ausreichend feucht ist. Darum sinkt die Leitfähigkeit, wenn die Elektrolytmembran aufgrund eines Feuchtigkeitsmangels in der Brennstoffzelle unzureichend hydratisiert ist, was das Stromerzeugungsvermögen der Brennstoffzelle deutlich verringert. Um ein hohes Stromerzeugungsvermögen zu bewahren, ist es somit wichtig, das Innere jeder Brennstoffzelle ausreichend feucht zu halten.
  • An der Kathodenseite jeder Brennstoffzelle wird durch Wasserstoffionen, die sich von der Anode durch die Elektrolytmembran bewegt haben, und Sauerstoff in dem Kathodengas Wasser erzeugt, und ein Teil dieses Wassers bewegt sich durch die Elektrolytmembran zur Anode. Falls sich dieses Wasser über die ganze Anode verteilen kann, kann daher der gesamte Teil der Anode moderat hydratisiert werden.
  • Falls es in dem Anodengasdurchlass in jeder Brennstoffzelle eine Anodengasströmung gibt, trägt die Anodengasströmung Wasser mit sich, so dass es über die ganze Anode verteilt wird. Allerdings ist die Anodengasströmung in dem Anodengasdurchlass im Fall der oben beschriebenen Brennstoffzellensysteme der Dead-End-Bauart und der mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Brennstoffzellensysteme sehr schwach, wobei es insbesondere am strömungsabwärtigen Teil der Anode keine Gasströmung gibt. In solchen Brennstoffzellensystemen kann sich das Wasser somit nicht ausreichend in der Anode jeder Brennstoffzelle verteilen, was dazu führt, dass die Anode ungleichmäßig hydratisiert wird. Wenn einige Teile der Anode jeder Brennstoffzelle unzureichend hydratisiert sind, finden an diesen Teilen der Anode die Anodenreaktionen nicht ordnungsgemäß statt, was das Stromerzeugungsvermögen der Brennstoffzelle verschlechtert und die Haltbarkeit der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle nachteilig beeinflusst.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Technologie für ein Brennstoffzellensystem, das mit Anodengas arbeitet, das in jeder Brennstoffzelle einbehalten wird, oder das arbeitet, während Anodenabgas mit einer sehr geringen Rate aus einem geschlossenen Anodengasdurchlass ausgestoßen wird, und das eine Verschlechterung des Stromerzeugungsvermögens des Brennstoffzellensystems und eine Senkung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle verhindert, die durch Austrocknung der Anode jeder Brennstoffzelle hervorgerufen werden können.
  • Die erste Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird, und einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind. Das Brennstoffzellensystem weist Folgendes auf: einen Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; eine Verbindungszustand-Umschalteinrichtung zum Umschalten des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand; eine Gasströmungseinrichtung zum Hervorrufen einer Gasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass, wenn der Verbindungsdurchlass offen ist; und eine Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Umschaltens des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses durch die Verbindungszustand-Umschalteinrichtung. Die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung hält den Verbindungsdurchlass normalerweise in dem geschlossenen Zustand und öffnet den Verbindungsdurchlass, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht.
  • Gemäß dem obigen Brennstoffzellensystem strömt das Anodengas von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass, falls der Verbindungsdurchlass offen ist, wodurch das Anodengas auch in die Brennstoffzelle strömt. Wenn das Anodengas auf diese Weise in die Brennstoffzelle strömt, verteilt sich Wasser über die ganze Anode der Brennstoffzelle, was eine teilweise Dehydratisierung der Anode verhindert. Da das Anodengas, das durch den Verbindungsdurchgang gegangen ist, der Brennstoffzelle erneut zugeführt wird, wird außerdem kein Anodengas verschwendet, und außerdem kann das Wasser, das durch das Anodengas von der Brennstoffzelle fortgetragen wurde, zur Brennstoffzelle zurückgeführt werden. Zudem wird der Verbindungsdurchlass geschlossen, falls die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist, was dem normalen Zustand des Verbindungsdurchlasses entspricht, so dass das Brennstoffzellensystem den Betrieb fortsetzt, in dem es in der Brennstoffzelle einbehaltenes Anodengas nutzt oder während es das Anodenabgas mit einer sehr geringen Rate ausstößt, wodurch eine hohe Stromerzeugungseffizienz erreicht wird.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem kann derart beschaffen sein, dass: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Betriebsbereich-Feststellungseinrichtung enthält, die dazu verwendet wird festzustellen, ob die Last an der Brennstoffzelle unterhalb einer ersten Bezugslast liegt; und die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung feststellt, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist und den Verbindungsdurchlass öffnet, wenn die Last an der Brennstoffzelle unter der ersten Bezugslast liegt.
  • Wenn die Brennstoffzelle in einem Niedriglastbereich arbeitet, ist die an der Kathode der Brennstoffzelle erzeugte Wassermenge verhältnismäßig gering, während der Durchsatz des Kathodengases bezogen auf die Last an der Brennstoffzelle verhältnismäßig hoch ist. In diesem Fall nimmt daher die Wassermenge ab, die sich zur Anode bewegt, und es erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Anode unzureichend hydratisiert wird. Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird jedoch zusammen mit dem Anodengas Wasser über die ganze Anode verteilt, da das Anodengas zirkuliert wird, wenn die Brennstoffzelle in dem Niedriglastbereich arbeitet, wodurch verhindert werden kann, dass die jeweiligen Teile der Anode unzureichend hydratisiert werden.
  • Des Weiteren kann das oben beschriebene Brennstoffzellensystem derart beschaffen sein, dass: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung zum Messen oder Berechnen einer physikalischen Größe, die mit dem Hydratisierungsgrad einer Anode der Brennstoffzelle in Beziehung steht, und zum Feststellen, ob die gemessene oder berechnete physikalische Größe angibt, dass der Hydratisierungsgrad der Anode unter einem Bezugswert liegt, enthält; und die Verbindungs zustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass öffnet, falls die gemessene oder berechnete physikalische Größe angibt, dass der Hydratisierungsgrad der Anode unterhalb des Bezugswerts liegt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird das Anodengas zirkuliert, falls festgestellt wird, dass die Anode unzureichend hydratisiert ist, wodurch von der Anodengasströmung Wasser über die ganze Anode verteilt wird.
  • In dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die physikalische Größe, die gemessen wird, die Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelle sein, und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Messen der Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelle enthalten.
  • In diesem Fall kann genau festgestellt werden, ob die Anode ausreichend hydratisiert ist, indem auf die Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelle Bezug genommen wird.
  • In dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die physikalische Größe, die gemessen wird, die Feuchtigkeit des Anodengases in dem Gasaustrittsdurchlass sein, und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Messen der Feuchtigkeit des Anodengases in dem Gasaustrittsdurchlass enthalten.
  • In diesem Fall kann genau festgestellt werden, ob die Anode ausreichend hydratisiert ist, indem auf die Feuchtigkeit des Anodengases in dem Gasaustrittsdurchlass Bezug genommen wird.
  • In dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die physikalische Größe, die gemessen wird, die Spannungs differenz zwischen der Einlassseite und Auslassseite der Anode sein, und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Messen der Spannungsdifferenz enthalten.
  • In diesem Fall kann genau festgestellt werden, ob die Anode ausgetrocknet ist, indem auf die Differenz zwischen der Spannung an der Einlassseite der Anode der Brennstoffzelle und der Spannung an der Auslassseite der Anode der Brennstoffzelle Bezug genommen wird.
  • In dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die physikalische Größe, die gemessen wird, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle sein, und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Messen der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle enthalten.
  • In diesem Fall kann genau festgestellt werden, ob die Anode ausreichend hydratisiert ist, indem die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle berücksichtigt wird.
  • In dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die Brennstoffzelle außerdem so aufgebaut sein, dass die Gasströmungsrichtung an der Anode der Brennstoffzelle und die Gasströmungsrichtung an einer Kathode der Brennstoffzelle zueinander entgegengesetzt sind.
  • Da die Gasströmungsrichtung an der Anode der Brennstoffzelle und die Gasströmungsrichtung an der Kathode der Brennstoffzelle gemäß dem oben beschriebenen Aufbau zueinander entgegengesetzt sind, wird das Wasser, das sich von der Kathode durch die Elektrolytmembran zur Anode bewegt hat, effizient über die ganze Anode verteilt.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem kann außerdem ein Gasaustrittsventil enthalten, das in dem Gasaustrittsdurchlass vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen der strömungsaufwärtigen Seite und der strömungsabwärtigen Seite des Gasaustrittsventils zu unterbrechen oder zu begrenzen, und es kann derart beschaffen sein, dass die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass in dem geschlossenen Zustand hält oder die Gasströmung in dem Verbindungsdurchlass begrenzt, wenn das Gasaustrittsventil die Verbindung zwischen der strömungsaufwärtigen Seite und der strömungsabwärtigen Seite des Gasaustrittsventils weder unterbricht noch begrenzt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, eine Abnahme der Effizienz beim Ausstoß von Stickstoff zu verhindern, zu der es kommen kann, wenn die Stickstoffkonzentration aufgrund der Zirkulation des Anodengases gleichmäßig wird, da die Zirkulation des Anodengases verhindert oder begrenzt wird, wenn der sich in der Anode sammelnde Stickstoff durch Öffnen des Gasaustrittventils ausgestoßen wird.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem kann außerdem eine Anodengasdruck-Steuerungseinrichtung enthalten, um den Druck des der Brennstoffzelle zugeführten Anodengases niedriger zu machen, wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem offenen Zustand befindet, als wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem geschlossenen Zustand befindet.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau nimmt der Durchsatz des Anodengases in der Brennstoffzelle zu, da der Druck des Anodengases beim Zirkulieren des Anodengases verringert wird, was das Verteilen von Wasser in der Anode erleichtert.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem kann außerdem eine Kühlmitteldurchsatz-Steuerungseinrichtung enthalten, um den Durchsatz eines Kühlmittels derart zu steuern, dass die Temperatur an der Auslassseite der Anode um einen größeren Betrag niedriger als an der Einlassseite der Anode ist, wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem offenen Zustand befindet, als wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem geschlossenen Zustand befindet.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird die Feuchtigkeit an der Einlassseite der Anode verringert, was dem Anodengas hilft, Wasser fortzutragen, und die Feuchtigkeit an der Auslassseite der Anode wird erhöht, was dabei hilft, die Auslassseite der Anode zu befeuchten, die leicht zum Austrocknen neigt.
  • Das oben beschriebene Brennstoffzellensystem kann derart beschaffen sein, dass: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Betriebsbereich-Feststellungseinrichtung zum Feststellen, ob die Last an der Brennstoffzelle höher als eine zweite Bezugslast ist, enthält; und die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung feststellt, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt worden ist, und den Verbindungsdurchlass öffnet, falls die Last an der Brennstoffzelle derzeit höher als die zweite Bezugslast ist.
  • Falls die Brennstoffzelle unter einer hohen Last arbeitet, ohne das Anodengas zu zirkulieren, tritt an einigen Abschnitten auf der strömungsabwärtigen Seite des Anodengasdurchlasses ein Anodengasmangel auf, der die Katalysatoren an diesen Abschnitten schwächen kann. Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird das Anodengas jedoch auch dann zirkuliert, wenn die Last an der Brennstoffzelleneinheit hoch ist, und im Anodengasdurchlass gesammelter Stickstoff wird in der Brennstoffzelle verteilt, wodurch ein lokaler Anodengasmangel verhindert wird.
  • Die zweite Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems. Dieses Verfahren enthält die Schritte: Feststellen des Betriebszustands einer Brennstoffzelle; Zirkulieren von Anodengas, das aus einem Anodengas-Austrittsdurchlass austritt, zurück zu einem Anodengas-Zufuhrdurchlass, indem ein Verbindungsdurchlass geöffnet wird, über den der Anodengas-Austrittsdurchlass mit dem Anodengas-Zufuhrdurchlass in Verbindung steht, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; und Schließen des Verbindungsdurchlasses, falls die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist.
  • Die dritte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle; einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird; einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind; einem Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; einer Unterbrechungsvorrichtung, die in dem Verbindungsdurchlass vorgesehen ist und sich so betätigen lässt, dass sie die Anodengasströmung unterbricht; und einer Steuerungsvorrichtung, die: den Verbindungsdurchlass normalerweise unter Verwendung der Unterbrechungsvorrichtung in einem geschlossenen Zustand hält; feststellt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; und die Unterbrechungsvorrichtung so steuert, dass sie den Verbindungsdurchlass öffnet, falls die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
  • Die vierte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle; einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird; einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind; einem Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; einer Unterbrechungsvorrichtung, die an dem Verbindungsdurchlass, einem Zusammenlaufpunkt zwischen dem Verbindungsdurchlass und dem Gasaustrittsdurchlass und/oder einem Zusammenlaufpunkt zwischen dem Verbindungsdurchlass und dem Gaszufuhrdurchlass vorgesehen ist und sich so betätigen lässt, dass sie die Anodengasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass unterbricht; und einer Steuerungsvorrichtung, die: feststellt, ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist und/oder ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird, und die Unterbrechungsvorrichtung so steuert, dass sie dem Anodengas ermöglicht, von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass zu strömen, falls festgestellt wird, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist oder dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird.
  • Die fünfte Ausgestaltung der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems. Dieses Verfahren enthält die Schritte: Feststellen des Betriebszustands einer Brennstoffzelle; Zirkulieren von Anodengas, das aus einem Anodengas-Austrittsdurchlass austritt, zurück zu einem Anodengas-Zufuhrdurchlass, indem ein Verbindungsdurchlass geöffnet wird, über den der Anodengas-Austritts durchlass mit dem Anodengas-Zufuhrdurchlass in Verbindung steht, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; Feststellen, ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist und/oder ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird; und Ermöglichen, dass das Anodengas von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass strömt, falls festgestellt wird, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist oder dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, anhand der folgenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele deutlicher, wobei:
  • 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
  • 2A und 2B schematische Ansichten des Innenaufbaus jeder Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinheit sind und Gasströmungen in der Brennstoffzelle darstellen;
  • 3 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Steuerungsroutine darstellt, die in dem Brennstoffzellensystem des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, um die Zirkulationspumpe ein- und auszuschalten;
  • 4 grafische Darstellungen sind, die jeweils die I-V-Kennlinie der Brennstoffzelleneinheit und die Kennlinie des Kathodenstöchiometriewerts bezüglich der Stromabgabe der Brennstoffzelleneinheit darstellen;
  • 5A eine schematische Ansicht der Verteilung der Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas-Durchlassabschnitt bei eingeschalteter Zirkulationspumpe ist, und
  • 5B eine schematische Ansicht der Verteilung der Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas-Durchlassabschnitt bei ausgeschalteter Zirkulationspumpe ist;
  • 6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Steuerungsroutine darstellt, die in dem Brennstoffzellensystem des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, um die Zirkulationspumpe ein- und auszuschalten;
  • 7 eine grafische Darstellung ist, die die I-V-Kennlinie der Brennstoffzelleneinheit 2, die erzielt wird, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 ordnungsgemäß befeuchtet wird, und die I-V-Kennlinie der Brennstoffzelleneinheit 2 darstellt, die erzielt wird, wenn die Anode ausgetrocknet ist;
  • 8 eine grafische Darstellung ist, die darstellt, wie sich die Feuchtigkeit des Anodenabgases ändert, wenn der Anoden-Dead-End-Betrieb andauert;
  • 9 eine grafische Darstellung ist, die darstellt, wie sich die Zellenspannung am Einlassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts und die Zellenspannung am Auslassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts während des Anoden-Dead-End-Betriebs zeitlich ändern; und
  • 10 eine Ansicht ist, die darstellt, wie die jeweiligen Gase und das Kühlmittel in jeder Brennstoffzelle strömen, wenn die Zirkulationspumpe eingeschaltet ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem erzeugt unter Verwendung einer Brennstoffzelleneinheit 2 elektrischen Strom und führt den erzeugten elektrischen Strom verschiedenen elektrischen Lasten zu, einschließlich einem Motor. Die Brennstoffzelleneinheit 2 ist ein Brennstoffzellenstapel, der sich aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen zusammensetzt, die aufeinander gestapelt sind. Jede Brennstoffzelle setzt sich aus einer Membran-Elektrode-Einheit und einem Paar Sammelplatten zusammen, die die Membran-Elektrode-Einheit von beiden Seiten bedecken (nicht gezeigt). Die Membran-Elektrode-Einheit setzt sich aus einer Festpolymer-Elektrolytmembran, Katalysatorelektroden, die mit dieser eine Einheit bildend auf den beiden Seiten der Festpolymer-Elektrolytmembran vorgesehen sind, und Gasdiffusionsschichten zusammen, die aus Kohlenstofflagen usw. ausgebildet sind und mit dieser eine Einheit bildend auf den beiden Seiten der Festpolymer-Elektrolytmembran vorgesehen sind. Die Sammelplatten dienen jeweils auch als ein Separator, um die nebeneinander liegenden Membran-Elektrode-Einheiten abzutrennen. Während der Anode jeder Brennstoffzelle Wasserstoff (Brennstoffgas) zugeführt wird, wird der Kathode Luft zugeführt, so dass elektrischer Strom erzeugt wird.
  • Mit der Brennstoffzelleneinheit 2 ist ein Luft-Zufuhrdurchlass 20 verbunden, und der Brennstoffzelleneinheit 2 wird über den Luft-Zufuhrdurchlass 20 Luft zugeführt. In dem Luft-Zufuhrdurchlass 20 ist eine Luftpumpe 22 vorgesehen. Wenn die Luftpumpe 22 angetrieben wird, wird in den Luft-Zufuhrdurchlass 20 Luft eingesaugt und dann der Brennstoffzelleneinheit 2 zugeführt. Die der Brennstoffzelleneinheit 2 zugeführte Luft wird über einen in der Brennstoffzelleneinheit 2 vorgesehenen Zufuhrverteiler auf die Kathoden der jeweiligen Brennstoffzellen verteilt. Die Gase (Kathodengas), die durch die Kathoden der jeweiligen Brennstoffzellen gegangen sind, laufen an einem in der Brennstoffzelleneinheit 2 vorgesehenen Gasaustrittsverteiler zusammen und treten dann in einen Kathodengas-Austrittsdurchlass 24 aus. In dem Kathodengas-Austrittsdurchlass 24 sind ein Hinterdruck-Einstellventil 26 und eine Verdünnungsvorrichtung 28 vorgesehen. Das strömungsabwärtige Ende des Kathodengas-Austrittsdurchlasses 24 ist mit der Verdünnungsvorrichtung 28 verbunden.
  • Mit der Brennstoffzelleneinheit 2 ist ein Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 verbunden, und der Brennstoffzelleneinheit 2 wird von einer Wasserstoff-Zufuhrquelle 4, die ein Hochdruck-Wasserstofftank oder dergleichen sein kann, über den Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 Wasserstoff zugeführt. In dem Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 sind von der strömungsaufwärtigen Seite aus in dieser Reihenfolge ein Absperrventil 10 und ein variables Druckeinstellventil 8 vorgesehen. Am variablen Druckeinstellventil 8 wird der Wasserstoffdruck auf einen gewünschten Druck abgesenkt, und der Wasserstoff wird dann der Brennstoffzelleneinheit 2 zugeführt. Der der Brennstoffzelleneinheit 2 zugeführte Wasserstoff wird über einen in der Brennstoffzelleneinheit 2 vorgesehenen Zufuhrverteiler auf die Anoden der jeweiligen Brennstoffzellen verteilt. Die Gase (Anodengas), die durch die Anoden der jeweiligen Brennstoffzellen gegangen sind, laufen an einem in der Brennstoffzellen einheit 2 vorgesehenen Austrittsverteiler zusammen und treten in einen Anodengas-Austrittsdurchlass 12 aus. In dem Anodengas-Austrittsdurchlass 12 ist ein Austrittsventil 14 vorgesehen. Das Austrittsventil 14 ist normalerweise geschlossen und wird nur dann geöffnet, wenn eine vorbestimmte Bedingung (Spülbedingung) erfüllt worden ist.
  • Des Weiteren hat das Brennstoffzellensystem des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels einen Verbindungsdurchlass 30, der den Anodengas-Austrittsdurchlass 12 mit dem Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 verbindet. Genauer gesagt sind über den Verbindungsdurchlass 30 der Abschnitt des Anodengas-Austrittsdurchlasses 12 stromaufwärts von dem Austrittsventil 14 und der Abschnitt des Wasserstoff-Zufuhrdurchlasses 6 stromabwärts von dem variablen Druckeinstellventil 8 miteinander verbunden. In dem Verbindungsdurchlass 30 ist eine kleine Zirkulationspumpe 32 vorgesehen. Die Pumpleistung der Zirkulationspumpe 32 reicht aus, um das Anodengas gegen die Differenz des Gasdrucks in dem Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 und des Gasdrucks in dem Anodengas-Austrittsdurchlass 12 von dem Anodengas-Austrittsdurchlass 12 zu dem Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 zu schicken. Eine ECU 50 steuert das variable Druckeinstellventil 8, das Absperrventil 10, das Austrittsventil 14 und die Zirkulationspumpe 32. Die Zirkulationspumpe 32 dient als eine „Gasströmungseinrichtung” zum Hervorrufen einer Gasströmung von der Anodengas-Austrittsdurchlassseite zu der Wasserstoff-Zufuhrdurchlassseite, wenn der Verbindungsdurchlass 30 offen ist, sowie als eine „Verbindungszustand-Umschalteinrichtung” zum Umschalten des Zustands des Verbindungsdurchlasses 30 zwischen dem geschlossenen Zustand und dem offenen Zustand. Die Zirkulationspumpe 32 ist normalerweise abgeschaltet und wird nur dann betrieben, wenn eine vorbestimmte Bedingung (Antriebsbedingung) erfüllt worden ist.
  • 2A und 2B sind schematische Ansichten des Innenaufbaus jeder Brennstoffzelle in der Brennstoffzelleneinheit 2 und stellen die Gasströmungen in jeder Brennstoffzelle dar. 2A stellt dar, wie die jeweiligen Gase in jeder Brennstoffzelle strömen, wenn die Zirkulationspumpe 32 (im normalen Zustand) ausgeschaltet ist, und 2B stellt dar, wie die jeweiligen Gase in jeder Brennstoffzelle strömen, wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist. In diesen Figuren sind die Sammelplatten und Verteiler nicht gezeigt. In der folgenden Beschreibung wird sowohl auf 2A und 2B als auch auf 1 Bezug genommen.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt ist, sind in jeder Brennstoffzelle entlang der jeweiligen Gasdiffusionsschichten 42, 44, die die Membran-Elektrode-Einheit 40 von beiden Seiten bedecken, Gasdurchlassabschnitte 46, 48 ausgebildet. Der Gasdurchlassabschnitt 46 dient als ein Kathodengas-Durchlassabschnitt, durch den der Kathode Luft zugeführt wird, und der Gasdurchlassabschnitt 48 dient als ein Anodengas-Durchlassabschnitt, durch den der Anode Wasserstoff zugeführt wird. Demnach ist jede Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinheit 2 so aufgebaut, dass das Gas in dem Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 und das Gas in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 in entgegengesetzten Richtungen strömen. Der Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 und der Anodengas-Durchlassabschnitt 48 können in einer beliebigen Form ausgestaltet sein und einen beliebigen Aufbau haben, solange das Gas in dem Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 und das Gas in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 in den entgegengesetzten Richtungen strömen. Zum Beispiel können in den Oberflächen der jeweiligen Sammelplatten (Separatoren) Nute ausgebildet sein und jeweils als der Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 und der Anodengas-Durchlassabschnitt 48 verwendet werden. Alternativ können zwischen den Sammelplatten und der Membran-Elektrode-Einheit 40 poröse Schichten vorgesehen sein, die aus leitenden Materialien bestehen, und als die Gasdurchlassabschnitte 46, 48 verwendet werden.
  • Wenn die Zirkulationspumpe 32 wie in 2A (im normalen Zustand) ausgeschaltet ist, bleibt das Anodengas in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48, solange das Austrittsventil 14 geschlossen ist. Während dieses Betriebs (der gegebenenfalls als „Anoden-Dead-End-Betrieb” bezeichnet wird) wird der Wasserstoff, der der Brennstoffzelleneinheit 2 zugeführt wird, effektiv genutzt.
  • Während des oben beschriebenen Anoden-Dead-End-Betriebs strömt allerdings fast kein Gas, insbesondere nicht auf der strömungsabwärtigen Seite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48. Ein Teil des durch die Stromerzeugungsreaktionen erzeugten Wassers tritt von dem Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 durch das Innere der Membran-Elektrode-Einheit 40 in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 ein. Wenn die Gasströmung in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 schwach ist, wird das Wasser jedoch nicht über die ganze Anode der Membran-Elektrode-Einheit 40 verteilt, was dazu führt, dass die Anode ungleichmäßig hydratisiert wird.
  • Wenn die Zirkulationspumpe 32 andererseits wie in 2B eingeschaltet ist, ist der Verbindungsdurchlass 30 offen und strömt das Anodengas somit von dem Anodengas-Austrittsdurchlass 12 zu dem Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6. In diesem Zustand strömt das Anodengas auch in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 jeder Brennstoffzelle, wobei diese Anodengasströmung das Wasser verteilt, wie in 2B gezeigt ist. Vom strömungsabwärtigen Abschnitt des Kathodengas-Durchlassabschnitts 46 bewegt sich eine verhältnismäßig große Wassermenge zum Anodengas-Durchlassabschnitt 48. Falls jede Brennstoffzelle derart aufgebaut ist, dass das Anodengas und das Kathodengas in den entgegengesetzten Richtungen strömen, wird daher das Wasser, das von dem Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 eingetreten ist, effizient über den ganzen Bereich des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 verteilt.
  • Wenn die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist, erfolgt also der Anoden-Dead-End-Betrieb, der der Brennstoffzelle wie oben beschrieben ermöglicht, effizient zu arbeiten. Wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist, wird das Anodengas zudem dazu gebracht, in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 zu strömen, wodurch das Wasser über die ganze Anode verteilt wird, was ein teilweises Austrocknen der Anode verhindert. Indem die Zirkulationspumpe 32 passend ein- und ausgeschaltet wird, kann der Anoden-Dead-End-Betrieb, der wie zuvor erwähnt für eine höhere Stromerzeugungseffizienz sorgt, fortgesetzt werden, während ein Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle verhindert wird, was ansonsten zu einer Verschlechterung des Stromerzeugungsvermögens des Brennstoffzellensystems führen würde. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 3 ausführlich ein Verfahren zum Steuern der Zirkulationspumpe 32 beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die in dem Brennstoffzellensystem des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, um die Zirkulationspumpe 32 ein- und auszuschalten. Die Steuerungsroutine wird von der ECU 50 ausgeführt.
  • Nach dem Start der in 3 gezeigten Steuerungsroutine stellt die ECU 50 zunächst im Schritt S100 fest, ob die Brennstoffzelleneinheit 2 gerade in einem vorbestimmten Niedriglastbereich arbeitet. Die Last an der Brennstoffzelleneinheit 2 wird anhand der Stromabgabe der Brennstoffzelleneinheit 2 festgestellt. Die Stromabgabe der Brennstoffzelleneinheit 2 wird unter Verwendung eines Strommessers gemessen, der nicht in den Zeichnungen gezeigt ist. Alternativ kann anhand der elektrischen Last am Motor usw. der Strom bestimmt werden, der von der Brennstoffzelleneinheit 2 abgegeben werden muss. Die obere Kurve in 4 stellt die I-V-Kennlinie der Brennstoffzelleneinheit 2 dar. Wie in dieser Kurve angegeben ist, ist der Niedriglastbereich auf den Bereich eingestellt, in dem der Stromabgabewert I kleiner als ein Bezugswert I0 ist.
  • Je größer der Stromabgabewert I ist, das heißt je höher die Last an der Brennstoffzelleneinheit 2 ist, um so größer ist die Wassermenge, die durch die Stromerzeugungsreaktion in der Brennstoffzelleneinheit 2 erzeugt wird. Dagegen ist die durch die Stromerzeugungsreaktionen erzeugte Wassermenge in einem Niedriglastbereich, in dem der Stromabgabewert I klein ist, verhältnismäßig gering, und das Verhältnis des Durchsatzes des Katodengases zum Stromabgabewert I (das als „Kathodenstöchiometriewert CAst” bezeichnet wird) ist, wie in der unteren Kurve in 4 gezeigt ist, verhältnismäßig groß. Dadurch nimmt die Menge des Wassers ab, die sich vom Katodengasdurchlassabschnitt 46 zum Anodengas-Durchlassabschnitt 48 bewegt, weswegen die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass die Anode austrocknet. Dabei ist zu beachten, dass der Bezugswert I auf ein Niveau eingestellt wird, bei dem oder um das herum sich der Kathodenstöchiometriewert CAst scharf ändert.
  • Falls im Schritt S100 festgestellt wird, dass die Brennstoffzelleneinheit 2 derzeit nicht im Niedriglastbereich arbeitet, führt die ECU 50 den Prozess von Schritt S106 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet bleibt. In diesem Fall wird daher im Brennstoffzellensystem bei ausgeschalteter Zirkulationspumpe 32 und geschlossenem Austrittsventil 14 der Anoden-Dead-End-Betrieb durchgeführt.
  • Falls andererseits im Schritt S100 festgestellt wird, dass die Brennstoffzelleneinheit 2 derzeit im Niedriglastbereich arbeitet, fährt die ECU 50 mit Schritt S202 fort und stellt fest, ob gerade eine Anodenspülung erfolgt. Die Anodenspülung ist ein Prozess, bei dem das Austrittsventil 14 geöffnet wird, damit das Anodengas aus dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 austritt. Vom Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 tritt durch die Membran-Elektrode-Einheit 40 Stickstoff in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 ein und sammelt sich im Anodengas-Durchlassabschnitt 48, und dieser Stickstoff wird während der Anodenspülung zusammen mit dem Anodengas ausgestoßen, was eine übermäßige Ansammlung von Stickstoff verhindert, die andernfalls verschiedene Probleme hervorrufen würde, einschließlich eines Spannungsabfalls.
  • 5A ist eine schematische Ansicht der Verteilung der Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48, wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist, und 5B ist eine Ansicht, die schematisch die Verteilung der Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 zeigt, wenn die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist. Wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist, verteilt sich der Stickstoff in dem Anodengas, während das Anodengas zirkuliert. Wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist, verteilt sich die Wasserstoffkonzentration in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 somit tendenziell, wie in 5A gezeigt ist. Falls dagegen die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist, strömt im Wesentlichen kein Anodengas in den Anodengas-Durchlassabschnitt 48, und es sammelt sich daher Stickstoff in dem strömungsabwärtigen Abschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48. Wenn die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist, verteilt sich die Wasserstoffkonzentration somit tendenziell, wie in 5B gezeigt ist. Im Hinblick auf die Effizienz beim Stickstoffausstoß unter gleichzeitiger Vermeidung eines unnötigen Austritts von Wasserstoff wird die in 5B gezeigte Verteilung der Wasserstoffkonzentration bevorzugt.
  • Falls im Schritt S102 festgestellt wird, dass gerade die Anodenspülung erfolgt, führt die ECU 50 aus dem oben beschriebenen Grund den Prozess von Schritt S106 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Abnahme der Effizienz beim Stickstoffausstoß zu verhindern, zu der es kommen kann, wenn die Wasserstoffkonzentration augrund der Zirkulation des Anodengases gleichmäßig wird.
  • Falls im Schritt S102 festgestellt wird, dass gerade nicht die Anodenspülung erfolgt, führt die ECU 50 den Prozess von Schritt S104 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 aktiviert wird. Die Zirkulationspumpe 32 bringt das Anodengas in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 also dazu zu strömen, so dass zusammen mit dem Anodengas Wasser über die ganze Anode verteilt wird. Gemäß dieser Steuerung ist es auch dann möglich, ein teilweises Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle zu verhindern, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 gerade in einem Niedriglastbereich arbeitet, in dem die Anode jeder Brennstoffzelle leicht zum Austrocknen neigt. Da das Anodengas, nachdem es durch den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 gegangen ist, zu dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 zurück zirkuliert wird, wird das Anodengas nicht verschwendet, und das aus dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 fortgetragene Wasser kann zusammen mit dem Anodengas zum Anodengas-Durchlassabschnitt 48 zurückgeführt werden.
  • Indem die Zirkulationspumpe 32 gemäß der oben beschriebenen Steuerungsroutine ein- und ausgeschaltet wird, ist es sogar dann, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 gerade in einem Niedriglastbereich arbeitet, möglich, ein teilweises Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle zu verhindern, was andernfalls das Stromerzeugungsvermögen der Brennstoffzelleneinheit 2 verschlechtern und die Haltbarkeit der Elektrolytmembran verringern würde.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem Brennstoffzellensystem des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels hinsichtlich der Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32. Das Brennstoffzellensystem des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels ist wie in 1, 2A und 2B gezeigt aufgebaut, und die ECU 50 führt die in dem Ablaufdiagramm von 6 dargestellte Steuerungsroutine aus, gemäß der die Zirkulationspumpe 32 ein- und ausgeschaltet wird. In der in 6 gezeigten Steuerungsroutine, sind die Prozesse, die mit denen der in 3 gezeigten Steuerungsroutine identisch sind, mit den gleichen Schrittzahlen bezeichnet worden. Im Folgenden werden lediglich die Prozesse ausführlich beschrieben, die auf das Brennstoffzellensystem des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels zugeschnitten sind, während die Prozesse, die mit denen des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels identisch sind, nur kurz beschrieben werden oder gar nicht beschrieben werden.
  • Nach dem Start der in 6 gezeigten Steuerungsroutine berechnet die ECU 50 zunächst im Schritt S200 die Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelleneinheit 2. 7 stellt die I-V-Kennlinie der Brennstoffzelleneinheit 2 dar. In 7 ist die I-V-Kennlinie, die erzielt wird, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 angemessen hydratisiert ist, mit der durchgehenden Linie angeben, während die I-V-Kennlinie, die erzielt wird, wenn die Anode unzureichend hydratisiert ist, mit der gestrichelten Linie angegeben ist. Wie in 7 angegeben ist, nimmt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit 2 mit abnehmendem Hydratisierungsgrad der Anode jeder Brennstoffzelle ab. Darüber hinaus nimmt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit 2 mit einer höheren Rate ab, wenn von der Anode jeder Brennstoffzelle mehr unzureichend hydratisiert ist. Die Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelleneinheit 2 (1 – derzeitige Spannung/Spannung, die erzielt wird, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 ordnungsgemäß befeuchtet ist × 100) kann als eine physikalische Größe verwendet werden, die mit dem Hydratisierungsgrad der Anode jeder Brennstoffzelle in Beziehung steht, und der Hydratisierungsgrad der Anode kann daher in einem Wert ausgedrückt werden, indem die Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelleneinheit 2 berechnet wird.
  • Anschließend vergleicht die ECU 50 im Schritt S202 die im Schritt S200 berechnete Spannungsabnahmerate mit einem vorbestimmten Bezugswert. Das heißt, dass die ECU 50 in diesem Schritt feststellt, ob die Spannungsabnahmerate den Bezugswert übersteigt. Wenn die Anode jeder Brennstoffzelle unzureichend hydratisiert ist, das heißt wenn die Spannungsabnahmerate den Bezugswert übersteigt, muss sich die Anode vom ausgetrockneten Zustand erholen sowie an einem weiteren Austrocknen gehindert werden. Das heißt, dass der Bezugswert der Wert ist, auf dessen Grundlage festgestellt wird, ob ausgehend von dem ausgetrockneten Zustand der Prozess zum erneuten Hydratisieren der Anode ausgeführt werden soll. Mit anderen Worten wird der Bezugswert verwendet, um festzustellen, ob unter Verwendung der Zirkulationspumpe 32 das Anodengas zirkuliert werden soll.
  • Falls im Schritt S202 festgestellt wird, dass die Spannungsabnahmerate gleich dem Bezugswert ist oder unter diesem liegt, führt die ECU 50 den Prozess von Schritt S106 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet bleibt. In diesem Fall wird daher in dem Brennstoffzellensystem der Anoden-Dead-End-Betrieb durchgeführt.
  • Falls andererseits im Schritt S202 festgestellt wird, dass die Spannungsabnahmerate den Bezugswert übersteigt, dann fährt die ECU 50 mit Schritt S102 fort und stellt fest, ob gerade die Anodenspülung erfolgt. Falls gerade die Anodenspülung erfolgt, führt die ECU 50 den Prozess von Schritt S106 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet bleibt.
  • Falls dagegen im Schritt S102 festgestellt wird, dass gerade nicht die Anodenspülung erfolgt, führt die ECU 50 den Prozess von Schritt S104 aus, so dass die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet wird. Die Zirkulationspumpe 32 bringt das Anodengas in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 also dazu zu strömen, so dass zusammen mit dem Anodengas Wasser über die ganze Anode jeder Brennstoffzelle verteilt wird.
  • Indem also die Zirkulationspumpe 32 gemäß der oben beschriebenen Steuerungsroutine ein- und ausgeschaltet wird, ist es also selbst dann, wenn die Anode aufgrund des Anoden-Dead-End-Betriebs unzureichend hydratisiert wird, möglich, die Anode jeder Brennstoffzelle umgehend erneut zu hydratisieren und sie an einem weiteren Austrocknen zu hindern. Es ist somit möglich, eine Verschlechterung des Stromerzeugungsvermögens der Brennstoffzelleneinheit 2 und eine Verringerung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle zu verhindern, wozu es andernfalls durch das Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle käme.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das gleiche wie das Brennstoffzellensystem des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels, ausgenommen dass der Hydratisierungsgrad der Anode jeder Brennstoffzelle während der Ausführung der Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 mit dem unten beschriebenen Verfahren festgestellt wird.
  • Wenn ein Teil der Anode einer Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinheit 2 unzureichend hydratisiert ist, absorbiert dieser Teil die in dem Anodengas enthaltene Feuchtigkeit, so dass die Feuchtigkeit des Anodengases (Anodenabgases), das durch den Anodengas-Durchlassabschnitt 48 gegangen ist, entsprechend abnimmt. 8 stellt dar, wie sich die Feuchtigkeit des Anodenabgases ändert, wenn der Anoden-Dead-End-Betrieb andauert. Die Feuchtigkeit des Anodenabgases nimmt wie in 8 allmählich ab, wenn die Hydratisierung der Anode während des Anoden-Dead-End-Betriebs abnimmt. Die Feuchtigkeit des Anodenabgases kann also als eine physikalische Größe verwendet werden, die mit dem Hydratisierungsgrad der Anode in Beziehung steht, und der Hydratisierungsgrad der Anode kann durch Messen der Feuchtigkeit des Anodenabgases genau festgestellt werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem des dritten exemplarischen Ausführungsbeispiels ist im Anodengas-Austrittsdurchlass 12 ein Hygrometer H oder ein Taupunktmessgerät vorgesehen, um die Feuchtigkeit des Anodenabgases zu erfassen, und die Zirkulationspumpe 32 wird beruhend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der erfassten Feuchtigkeit und einem vorbestimmten Bezugswert ein- und ausgeschaltet. In den Zeichnungen ist zwar kein Ablaufdiagramm für diese Steuerung enthalten, doch wird die Zirkulationspumpe 32 im Einzelnen im abgeschalteten Zustand gehalten, falls die erfasste Feuchtigkeit gleich dem Bezugswert ist oder unter diesem liegt, und die Zirkulationspumpe 32 wird aktiviert, falls die erfasste Feuchtigkeit den Bezugswert übersteigt und gerade nicht die Anodenspülung erfolgt. Indem die Zirkulationspumpe 32 auf diese Weiße ein- und ausgeschaltet wird, kann die Anode jeder Brennstoffzelle selbst dann, wenn die Anode durch den Anoden-Dead-End-Betrieb unzureichend hydratisiert wird, an einem weiteren Austrocknen gehindert und umgehend erneut hydratisiert werden.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das gleiche wie das Brennstoffzellensystem des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels, ausgenommen dass der Hydratisierungsgrad der Anode während der Ausführung der Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 mit dem unten beschriebenen Verfahren festgestellt wird.
  • Während des Anoden-Dead-End-Betriebs ist es wahrscheinlicher, dass das Austrocknen der Anode an einer Stelle stattfindet, die dem strömungsaufwärtigen Abschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 entspricht, als dass es an einem Stelle stattfindet, die dem strömungsabwärtigen Abschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 entspricht. Der Innenwiderstand des ausgetrockneten Abschnitts der Anode ist verhältnismäßig hoch, was zu einem Spannungsabfall führt. 9 stellt dar, wie sich die Zellenspannung am Einlassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 (In) und die Zellenspannung am Auslassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 (Out) während des Anoden-Dead-End-Betriebs zeitlich ändern. Die Differenz zwischen der Spannung am Einlassabschnitt und der Spannung am Auslassabschnitt nimmt, während der Anoden-Dead-End-Betrieb andauert, wie in 9 mit abnehmender Hydratisierung der Anode zu. Die Spannungsdifferenz zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 kann also als eine physikalische Größe verwendet werden, die mit dem Hydratisierungsgrad der Anode in Beziehung steht, und der Hydratisierungsgrad der Anode kann daher durch Erfassen der Spannungsdifferenz genau festgestellt werden.
  • In dem Brennstoffzellensystem des vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels sind am Einlassabschnitt und am Auslassabschnitt des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 jeweils Spannungsüberwachungsvorrichtungen V1 und V2 vorgesehen, und die Spannungsdifferenz zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt wird unter Verwendung der Spannungsüberwachungsvorrichtungen V1 und V2 erfasst, wobei die Zirkulationspumpe 32 auf Grundlage des Vergleichsergebnisses zwischen der erfassten Spannungsdifferenz und einem vorbestimmten Bezugswert ein- und ausgeschaltet wird. In den Zeichnungen ist zwar kein Ablaufdiagramm für diese Steuerung enthalten, doch bleibt die Zirkulationspumpe 32 im Einzelnen ausgeschaltet, falls die erfasste Spannungsdifferenz gleich dem Bezugswert ist oder unter diesem liegt, und die Zirkulationspumpe 32 wird aktiviert, falls die erfasste Spannungsdifferenz den Bezugswert übersteigt und gerade nicht die Anodenspülung erfolgt. Indem die Zirkulationspumpe 32 auf diese Weise ein- und ausgeschaltet wird, ist es somit selbst dann, wenn die Anode aufgrund des Anoden-Dead-End-Betriebs unzureichend hydratisiert wird, möglich, die Anode an einem weiteren Austrocknen zu hindern und umgehend wieder zu hydratisieren.
  • Das Brennstoffzellensystem des fünften exemplarischen Ausführungsbeispiels ist das gleiche, wie die Brennstoffzellensysteme des ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels, ausgenommen dass zusammen mit der Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 die folgende Kühlmittel-Durchsatzsteuerung ausgeführt wird.
  • 10 stellt dar, wie die jeweiligen Gase und das Kühlmittel in jeder Brennstoffzelle strömen, wenn die Zirkulationspumpe 32 eingeschaltet ist. Das Kühlmittel strömt in einem (nicht gezeigten) Kühlmitteldurchlass, der zwischen den nebeneinander liegenden Brennstoffzellen ausgebildet ist. Wie in 10 gezeigt ist, strömt das Kühlmittel von der Einlassseite des Kathodengas-Durchlassabschnittes 46 zur Auslassseite des Kathodengas-Durchlassabschnitts 46, mit anderen Worten von der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 zur Einlassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48.
  • Gemäß der in 10 angegebenen Kühlmittel-Strömungsrichtung wird die Temperatur des Anodengases an der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 niedriger als die Temperatur des Anodengases an der Einlassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48. Die Temperaturdifferenz wird durch den Durchsatz des Kühlmittels bestimmt. In dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel wird der Durchsatz des Kühlmittels bei eingeschalteter Zirkulationspumpe 32 derart gesteuert, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 größer ist, als wenn die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist (d. h. der Durchsatz des Kühlmittels wird erhöht). Indem also auf diese Weise die Temperaturdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 erhöht wird, kann die Feuchtigkeitsdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 erhöht werden. Genauer gesagt hilft es dem Anodengas, Wasser abzutransportieren, wenn die Feuchtigkeit an der Einlassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 verhältnismäßig niedrig eingestellt ist. Andererseits hilft es, die ausgetrockneten Teile der Anode zu befeuchten, wenn die Feuchtigkeit an der Auslassseite des Anodengas-Durchlassabschnitts 48 verhältnismäßig hoch eingestellt ist. Indem also der Durchsatz des Kühlmittels sowie das Ein-/Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 gesteuert werden, ist es möglich, noch effektiver eine Verschlechterung des Stromerzeugungsvermögens der Brennstoffzelleneinheit 2 und eine Verringerung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle zu verhindern, wozu es andernfalls durch Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle käme.
  • Das Brennstoffzellensystem des sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiels ist das gleiche wie die Brennstoffzellensysteme des ersten bis fünften exemplarischen Ausführungsbeispiels, ausgenommen dass neben der Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 die folgende Anodengasdruck-Steuerung ausgeführt wird.
  • Gemäß dem in 1 gezeigten Aufbau kann der Gasdruck in dem Zirkulationsdurchlass unter Verwendung des variablen Druckeinstellventils 8 eingestellt werden, wenn das Anodengas durch die Zirkulationspumpe 32 zirkuliert wird. In dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das variable Druckeinstellventil 8 bei eingeschalteter Zirkulationspumpe 32 derart gesteuert, dass der Druck des Anodengases niedriger ist, als wenn die Zirkulationspumpe 32 ausgeschaltet ist. Unter der Annahme, dass die Förderleistung der Zirkulationspumpe 32 unverändert bleibt, kann der Durchsatz des Anodengases durch Erhöhen seines Drucks erhöht werden. Falls der Durchsatz des in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 strömenden Anodengases auf diese Weise erhöht worden ist, hilft dies dem Anodengas, Wasser mit sich zu nehmen, so dass sich das Wasser effizienter verteilt. Falls der Druck des Anodengases verringert wird, erleichtert dies außerdem die Wasserbewegung von der Kathodenseite zur Anodenseite. Indem der Druck des Anodengases sowie das Ein-/Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 gesteuert werden, ist es also möglich, effektiver eine Verschlechterung des Stromerzeugungsvermögens der Brennstoffzelleneinheit 2 und eine Verringerung der Haltbarkeit der Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle zu verhindern, wozu es andernfalls durch Austrocknen der Anode jeder Brennstoffzelle käme.
  • Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre exemplarischen Ausführungsbeispiele beschrieben, doch versteht sich, dass die Erfindung auf keines dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung auch verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdecken, einschließlich derjenigen, die unten beschrieben sind.
  • In dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem ist zwar die Zirkulationspumpe 32 in dem Verbindungsdurchlass 30 vorgesehen, doch können anstelle der Zirkulationspumpe 32 auch eine Ausstoßvorrichtung und ein Ventil vorgesehen werden. Und zwar kann die Ausstoßvorrichtung an einem Punkt vorgesehen werden, an dem der Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 und der Verbindungsdurchlass 30 zusammenlaufen, und das Ventil kann in den Verbindungsdurchlass 30 vorgesehen werden. In diesem Fall kann das Ventil als Entsprechung der ”Verbindungszustand-Umschalteinrichtung” der Erfindung angesehen werden, und die Ausstoßvorrichtung kann als Entsprechung der ”Gasströmungseinrichtung” angesehen werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem derart beschaffen sein, dass jeweils an dem Punkt, an dem der Wasserstoff-Zufuhrdurchlass 6 und der Verbindungsdurchlass 30 zusammenlaufen, und an dem Punkt, an dem der Anodengas-Austrittsdurchlass 12 und der Verbindungsdurchlass 30 zusammenlaufen, Ventile vorgesehen sind, und dass in dem Verbindungsdurchlass 30 eine Pumpe oder eine Ausstoßvorrichtung vorgesehen ist.
  • Des Weiteren sind bei dem in 2A und 2 gezeigten Brennstoffzellenaufbau die Gasströmungsrichtung in dem Kathodengas-Durchlassabschnitt 46 und die Gasströmungsrichtung in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 zueinander entgegengesetzt, doch kann die Erfindung auch bei einem Brennstoffzellensystem Anwendung finden, das einen Brennstoffzellenaufbau hat, bei dem das Anodengas und das Kathodengas in der gleichen Richtung strömen. Für den Fall, dass das Anodengas und das Kathodengas in der gleichen Richtung strömen, schreitet das Austrocknen der Anode an der Einlassseite des Anodengasdurchlasses voran, und das Anodengas nimmt an der Auslassseite des Anodengasdurchlasses Wasser auf. Auch in diesem Fall kann das Wasser, das von dem Anodengas an der Auslassseite aufgenommen wird, durch Zirkulieren des Anodengases zur Einlassseite gebracht werden, so dass die ausgetrockneten Abschnitte an der Einlassseite hydratisiert werden.
  • In den vorstehenden exemplarischen Ausführungsbeispielen ist zwar der Dead-End-Betrieb, in dem das Austrittsventil 14 vollständig geschlossen ist, der Standardbetrieb des Brennstoffzellensystems, doch kann als Standardbetrieb des Brennstoffzellensystems alternativ auch der Betrieb durchgeführt werden, in dem das Austrittsventil 14 leicht geöffnet ist (”mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitender Betrieb”). Während des mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Betriebs wird der Öffnungsgrad des Austrittventils 14 derart eingestellt, dass der Durchsatz des ausgestoßenen Anodengases verglichen mit der Anodengasmenge, die in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 verbraucht wird, äußerst gering ist. Gemäß diesem mit kontinuierlichem Austritt geringer Rate arbeitenden Betrieb wird der in dem Anodengas-Durchlassabschnitt 48 stehende Stickstoff allmählich ausgestoßen, weswegen die Häufigkeit der Anodenspülung verglichen mit dem Anoden-Dead-End-Betrieb verringert werden kann.
  • In den in 3 und 6 dargestellten Routinen wird zwar die Zirkulation des Anodengases während der Anodenspülung vollständig ausgesetzt, doch können diese Routinen alternativ auch derart beschaffen sein, dass die Zirkulationsmenge des Anodengases während der Anodenspülung bezogen auf den Fall, in dem gerade nicht die Anodenspülung erfolgt, verringert ist. Wenn die Anode jeder Brennstoffzelle bereits in einem großen Umfang ausgetrocknet ist, kann die Zirkulation des Anodengases auch während der Anodenspülung durchgeführt werden, und dem Verhindern eines weiteren Austrocknens der Anode und dem erneuten Hydratisieren der Anode kann Priorität eingeräumt werden.
  • In dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel wird zwar das Anodengas zirkuliert, wenn die Brennstoffzelleneinheit 2 gerade im Niedriglastbereich arbeitet, doch wird das Anodengas vorzugsweise auch dann zirkuliert, wenn die Brennstoffzelleneinheit gerade unter einer höheren Last als dem normalen Lastbereich arbeitet. Falls die Brennstoffzelleneinheit unter einer höheren Last arbeitet, ohne das Anodengas zu zirkulieren, kann es an einigen Abschnitten an der strömungsabwärtigen Seite des Anodengasdurchlasses in jeder Brennstoffzelle zu einem Anodengasmangel kommen und kann dies die Katalysatoren an diesen Abschnitten schwächen. Angesichts dessen wird das Anodengas auch dann zirkuliert, wenn die Last an der Brennstoffzelleneinheit hoch ist, so dass sich der in dem Anodengasdurchlass in der Brennstoffzelle gesammelte Stickstoff verteilt und ein lokaler Anodengasmangel verhindert wird. Dabei ist zu beachten, dass die oben beschriebene Steuerung zum Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe 32 im Hochlastbereich bei jedem der oben beschriebenen Brennstoffzellensysteme des ersten bis sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiels Anwendung finden kann.
  • Des Weiteren kann bei den Brennstoffzellensystemen des zweiten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels die Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit 2 erfasst werden, und auf die erfasste Betriebstemperatur kann Bezug genommen werden, wenn der Hydratisierungsgrad der Anode jeder Brennstoffzelle festgestellt wird. Das heißt, dass genauer festgestellt werden kann, ob die Anode ausgetrocknet ist, wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit 2 berücksichtigt wird.
  • Des Weiteren kann die Erfindung auch bei einem Brennstoffzellensystem Anwendung finden, das das Gasaustrittsventil nur in einem Notfall betätigt (spülungsfreies Dead-End- System). Da in diesem System keine Spülung unter Verwendung des Gasaustrittsventils erfolgt, nimmt der Stickstoffpartialdruck in dem Anodengasdurchlass während des Betriebs des Brennstoffzellensystems zu. Wenn der Stickstoffpartialdruck in dem Anodengasdurchlass gleich dem Stickstoffpartialdruck in dem Kathodendurchlass ist, nimmt der Stickstoffpartialdruck in dem Anodengasdurchlass jedoch nicht weiter zu. Das heißt, dass in einem solchen spülungsfreien Dead-End-System einer bestimmten Menge Stickstoff erlaubt wird, sich in dem Anodengasdurchlass in jeder Brennstoffzelle zu sammeln.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird auf Grundlage der physikalischen Größe, die mit dem Hydratisierungsgrad einer Anode der Brennstoffzelle oder der Last an der Brennstoffzelle in Beziehung steht, festgestellt, ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist oder ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird. Es kann daher verhindert werden, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird, oder der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle kann rasch normalisiert werden, falls der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Gaszufuhrdurchlass (6), über den einer Brennstoffzelleneinheit (2) Anodengas zugeführt wird, und ein Gasaustrittsdurchlass (12), über den Anodengas aus der Brennstoffzelleneinheit (2) austritt, sind über einen Verbindungsdurchlass (30) verbunden. Eine Zirkulationspumpe (32) schaltet den Verbindungszustand des Verbindungsdurchlasses (30) zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand um. Die Zirkulationspumpe (32) ruft eine Gasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass (12) zu dem Gaszufuhrdurchlass (6) hervor, wenn sich der Verbindungsdurchlass (30) in dem offenen Zustand befindet. Der Verbindungsdurchlass (30) ist normalerweise geschlossen, und er wird geöffnet, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelleneinheit (2) in Beziehung steht.
  • 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 08-500931 T [0002]
    • - JP 2005-32652 A [0002]
    • - JP 2005-19331 A [0002]
    • - JP 2005-166498 A [0002]

Claims (22)

  1. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird, und einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind, wobei das Brennstoffzellensystem Folgendes umfasst: einen Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; eine Verbindungszustand-Umschalteinrichtung zum Umschalten des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand; eine Gasströmungseinrichtung zum Hervorrufen einer Gasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass, wenn der Verbindungsdurchlass offen ist; und eine Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Umschaltens des Verbindungszustands des Verbindungsdurchlasses durch die Verbindungszustand-Umschalteinrichtung, wobei die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass normalerweise in dem geschlossenen Zustand hält und den Verbindungsdurchlass öffnet, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt worden ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Betriebsbereich-Feststellungseinrichtung zum Feststellen, ob die Last an der Brennstoffzelle unter einer ersten Bezugslast liegt, enthält; und die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung feststellt, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist und den Verbindungsdurchlass öffnet, wenn die Last an der Brennstoffzelle unter der ersten Bezugslast liegt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Betriebsbereich-Feststellungseinrichtung feststellt, dass die Last an der Brennstoffzelle unter der ersten Bezugslast liegt, wenn eine Stromabgabe der Brennstoffzelle gleich einem Bezugswert ist oder unter diesem liegt.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung zum Messen oder Berechnen einer physikalischen Größe, die mit dem Hydratisierungsgrad einer Anode der Brennstoffzelle in Beziehung steht, und zum Feststellen, ob die gemessene oder berechnete physikalische Größe angibt, dass der Hydratisierungsgrad der Anode unter einem Bezugswert liegt, enthält; und die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass öffnet, falls die gemessene oder berechnete physikalische Größe angibt, dass der Hydratisierungsgrad der Anode den Bezugswert übersteigt.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei: die physikalische Größe eine Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelle ist; und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung eine Einrichtung zum Messen der Abnahmerate der Spannung der Brennstoffzelle enthält.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei: die physikalische Größe die Feuchtigkeit des Anodengases in dem Gasaustrittsdurchlass ist; und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung eine Einrichtung zum Messen der Feuchtigkeit des Anodengases in dem Gasaustrittsdurchlass enthält.
  7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei: die physikalische Größe die Differenz zwischen der Spannung an der Einlassseite der Anode der Brennstoffzelle und der Spannung an der Auslassseite der Anode der Brennstoffzelle ist; und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung eine Einrichtung zum Messen der Differenz zwischen der Spannung an der Einlassseite der Anode der Brennstoffzelle und der Spannung an der Auslassseite der Anode der Brennstoffzelle enthält.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei: die physikalische Größe die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle ist; und die Hydratisierungsgrad-Feststellungseinrichtung eine Einrichtung zum Messen der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle enthält.
  9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gasströmungsrichtung an der Anode der Brennstoffzelle entgegengesetzt zu der Gasströmungsrichtung an einer Kathode der Brennstoffzelle ist.
  10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, außerdem mit: einem Gasaustrittsventil, das in dem Gasaustrittsdurchlass vorgesehen ist und sich so betätigen lässt, dass eine Verbindung zwischen der strömungsaufwärtigen Seite und der strömungsabwärtigen Seite des Gasaustrittsventils unterbrochen oder begrenzt wird, wobei die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung den Verbindungsdurchlass in dem geschlossenen Zustand hält oder die Gasströmung in dem Verbindungsdurchlass begrenzt, wenn das Gasaustrittsventil die Verbindung zwischen der strömungsaufwärtigen Seite und der strömungsabwärtigen Seite des Gasaustrittsventils weder unterbricht noch begrenzt.
  11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem mit einer Anodengasdruck-Steuerungseinrichtung, um den Druck des der Brennstoffzelle zugeführten Anodengases mehr zu verringern, wenn der Verbindungsdurchlass offen ist.
  12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Brennstoffzelle einen Kühlmitteldurchlass hat, über den Kühlmittel zirkuliert.
  13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, wobei der Kühlmitteldurchlass auf der Anodenseite der Brennstoffzelle vorgesehen ist und die Strömungsrichtung des Kühlmittels zu der Strömungsrichtung des Anodengases entgegengesetzt ist.
  14. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12 oder 13, außerdem mit einer Kühlmitteldurchsatz-Steuerungseinrichtung, um den Durchsatz des Kühlmittels so zu steuern, dass die Temperatur an der Auslassseite der Anode um einen größeren Betrag niedriger als an der Einlassseite der Anode ist, wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem offenen Zustand befindet, als wenn sich der Verbindungsdurchlass in dem geschlossenen Zustand befindet.
  15. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, wobei die Kühlmitteldurchsatz-Steuerungseinrichtung den Durchsatz des Kühlmittels erhöht, wenn der Verbindungsdurchlass offen ist.
  16. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei: die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung eine Betriebsbereich-Feststellungseinrichtung zum Feststellen, ob die Last an der Brennstoffzelle derzeit höher als eine zweite Bezugslast ist, enthält; und die Verbindungszustand-Steuerungseinrichtung feststellt, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, und den Verbindungsdurchlass öffnet, falls die Last an der Brennstoffzelle derzeit höher als die zweite Bezugslast ist.
  17. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, mit den Schritten: Feststellen des Betriebszustands einer Brennstoffzelle; Zirkulieren von Anodengas, das aus einem Anodengas-Austrittsdurchlass austritt, zurück zu einem Anodengas-Zufuhrdurchlass, indem ein Verbindungsdurchlass geöffnet wird, über den der Anodengas-Austrittsdurchlass mit dem Anodengas-Zufuhrdurchlass in Verbindung steht, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt worden ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; und Schließen des Verbindungsdurchlasses, wenn die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist.
  18. Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle; einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird; einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind; einem Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; einer Unterbrechungsvorrichtung, die in dem Verbindungsdurchlass vorgesehen ist und sich so betätigen lässt, dass sie die Anodengasströmung unterbricht; und einer Steuerungsvorrichtung, die: den Verbindungsdurchlass normalerweise unter Verwendung der Unterbrechungsvorrichtung in einem geschlossenen Zustand hält; feststellt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; und die Unterbrechungsvorrichtung so steuert, dass sie den Verbindungsdurchlass in einen offenen Zustand versetzt, falls die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
  19. Brennstoffzellensystem mit: einer Brennstoffzelle; einem Gaszufuhrdurchlass, über den der Brennstoffzelle Anodengas zugeführt wird; einem Gasaustrittsdurchlass, über den Anodengas aus der Brennstoffzelle austritt, wobei die Enden des Gasaustrittsdurchlasses im Wesentlichen geschlossen sind; einem Verbindungsdurchlass, über den der Gasaustrittsdurchlass mit dem Gaszufuhrdurchlass in Verbindung steht; einer Unterbrechungsvorrichtung, die an dem Verbindungsdurchlass, einem Zusammenlaufpunkt zwischen dem Verbindungsdurchlass und dem Gasaustrittsdurchlass und/oder einem Zusammenlaufpunkt zwischen dem Verbindungsdurchlass und dem Gaszufuhrdurchlass vorgesehen ist und sich so betätigen lässt, dass sie die Anodengasströmung von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass unterbricht; und einer Steuerungsvorrichtung, die: feststellt, ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist und/oder ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird, und die Unterbrechungsvorrichtung so steuert, dass sie dem Anodengas ermöglicht, von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass zu strömen, falls festgestellt wird, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist oder dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird.
  20. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19, wobei die Steuerung feststellt, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist, falls die Anode der Brennstoffzelle unzureichend hydratisiert ist.
  21. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Steuerung feststellt, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist, wenn die Last an der Brennstoffzelle unter einer ersten Bezugslast liegt und/oder wenn die Last an der Brennstoffzelle eine zweite Bezugslast übersteigt.
  22. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, mit den Schritten: Feststellen des Betriebszustands einer Brennstoffzelle; Zirkulieren von Anodengas, das aus einem Anodengas-Austrittsdurchlass austritt, zurück zu einem Anodengas-Zufuhrdurchlass, indem ein Verbindungsdurchlass geöffnet wird, über den der Anodengas-Austrittsdurchlass mit dem Anodengas-Zufuhrdurchlass in Verbindung steht, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, die mit dem Betriebszustand der Brennstoffzelle in Beziehung steht; Feststellen, ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist und/oder ob der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird; und Steuern der Unterbrechungsvorrichtung, so dass dem Anodengas ermöglicht wird, von dem Gasaustrittsdurchlass zu dem Gaszufuhrdurchlass zu strömen, falls festgestellt wird, dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal ist oder dass der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle anormal wird.
DE112008000960.0T 2007-04-12 2008-04-11 Brennstoffzellensystem Expired - Fee Related DE112008000960B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007105046A JP5103998B2 (ja) 2007-04-12 2007-04-12 燃料電池システム
JP2007-105046 2007-04-12
PCT/IB2008/000882 WO2008125953A2 (en) 2007-04-12 2008-04-11 Fuel cell system and method for controlling the fuel cell system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE112008000960T5 true DE112008000960T5 (de) 2010-01-28
DE112008000960A5 DE112008000960A5 (de) 2012-01-05
DE112008000960B4 DE112008000960B4 (de) 2014-07-17

Family

ID=39709277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112008000960.0T Expired - Fee Related DE112008000960B4 (de) 2007-04-12 2008-04-11 Brennstoffzellensystem

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8790834B2 (de)
JP (1) JP5103998B2 (de)
CN (1) CN101663785B (de)
DE (1) DE112008000960B4 (de)
WO (1) WO2008125953A2 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5287184B2 (ja) * 2008-11-28 2013-09-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP5481991B2 (ja) * 2009-07-23 2014-04-23 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
JP5488605B2 (ja) * 2009-09-16 2014-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び制御方法
JP5522597B2 (ja) * 2010-09-17 2014-06-18 日産自動車株式会社 燃料電池システム
DE102011113010A1 (de) * 2011-09-09 2013-03-14 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
TWI458996B (zh) * 2012-12-07 2014-11-01 Ind Tech Res Inst 燃料電池失效的預防裝置與方法
JP6395113B2 (ja) 2014-09-22 2018-09-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CA2993994A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 The Research Foundation For The State University Of New York Solid-state silver-lithium / iodine dual-function battery formed via self-assembly
JP6477896B2 (ja) * 2015-09-11 2019-03-06 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置及び燃料電池システムの制御方法
CN110021765A (zh) * 2019-03-15 2019-07-16 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
CN113809359A (zh) * 2021-08-16 2021-12-17 华南理工大学 一种质子交换膜燃料电池水管理系统及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08500931A (ja) 1992-08-10 1996-01-30 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 燃料電池及びその電解質の加湿方法
JP2005019331A (ja) 2003-06-27 2005-01-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池システム
JP2005032652A (ja) 2003-07-09 2005-02-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005166498A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Denso Corp 燃料電池システム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013385A (en) 1997-07-25 2000-01-11 Emprise Corporation Fuel cell gas management system
JP3659147B2 (ja) * 2000-09-11 2005-06-15 日産自動車株式会社 燃料電池装置
US6946104B2 (en) * 2001-07-09 2005-09-20 Hydrogenics Corporation Chemical hydride hydrogen generation system and an energy system incorporating the same
CN1291516C (zh) * 2001-08-16 2006-12-20 亚太燃料电池科技股份有限公司 用于燃料电池的阳极气体循环系统
DE10204124A1 (de) 2002-02-01 2003-08-07 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Befeuchten von Wasserstoffgas
JP3792625B2 (ja) * 2002-08-21 2006-07-05 本田技研工業株式会社 燃料電池およびその運転方法
US20040115491A1 (en) * 2002-09-23 2004-06-17 Hydrogenics Corporation System and method for process gas stream delivery and regulation using open loop and closed loop control
CA2499957C (en) 2002-09-23 2012-01-17 Hydrogenics Corporation Fuel cell system and method of operation to reduce parasitic load of fuel cell peripherals
JP4643128B2 (ja) 2003-03-11 2011-03-02 ルノー エス.ア.エス.ソシエテ パ アクション サンプリフェ 燃料電池システム
CN1532972A (zh) 2003-03-24 2004-09-29 ��̫ȼ�ϵ�ؿƼ��ɷ����޹�˾ 小功率气冷式燃料电池系统
JP2005129312A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Denso Corp 燃料電池の燃料供給装置
JP2005302451A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2005310414A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Toyota Motor Corp 燃料電池セル、及び、該燃料電池セルを備えた燃料電池システム
WO2006012953A2 (fr) * 2004-07-20 2006-02-09 Conception Et Developpement Michelin S.A. Controle de l'humidification de la membrane polymere d'une pile a combustible
JP2006147150A (ja) * 2004-11-16 2006-06-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5314828B2 (ja) * 2005-08-03 2013-10-16 セイコーインスツル株式会社 燃料電池システム
JP2007048507A (ja) 2005-08-08 2007-02-22 Nippon Soken Inc 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08500931A (ja) 1992-08-10 1996-01-30 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 燃料電池及びその電解質の加湿方法
JP2005019331A (ja) 2003-06-27 2005-01-20 Ngk Spark Plug Co Ltd 燃料電池システム
JP2005032652A (ja) 2003-07-09 2005-02-03 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005166498A (ja) 2003-12-03 2005-06-23 Denso Corp 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
DE112008000960B4 (de) 2014-07-17
CN101663785A (zh) 2010-03-03
US20100068569A1 (en) 2010-03-18
CN101663785B (zh) 2013-04-10
DE112008000960A5 (de) 2012-01-05
JP2008262824A (ja) 2008-10-30
US8790834B2 (en) 2014-07-29
WO2008125953A2 (en) 2008-10-23
JP5103998B2 (ja) 2012-12-19
WO2008125953A3 (en) 2008-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008000960B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE10296380B3 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
DE102015117526B4 (de) Strömungsverfahren für Kühlmittel in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
DE102010053632B4 (de) Brennstoffzellenbetriebsverfahren zur Sauerstoffabreicherung bei Abschaltung
DE112004002279T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Starten desselben
DE102010005294A1 (de) Abschaltstrategie für verbessertes Wassermanagement
DE102009057775A1 (de) Adaptive Anodenablassstrategie
DE112005000767T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102013218144B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems
DE112011102754T5 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für Brennstoffzellensystem
DE10334556A1 (de) Brennstoffzellensteuerungssystem
DE102008006729A1 (de) Strategien zum Mindern einer Zellendegradation während eines Einschaltens und Abschaltens mit H2/N2-Speicherung
DE112011100046T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102009023882A1 (de) Verbesserte Inbetriebnahmezuverlässigkeit unter Verwendung einer HFR-Messung
DE102008052461B4 (de) Verfahren zur Verbesserung der Zuverlässigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach einem Ausfall der Schaltung eines Endzellenheizers
DE112005000061B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems
DE102016110451A1 (de) Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE102007026332A1 (de) Kathodenübergangsfeuchtesteuerung in einem Brennstoffzellensystem
DE112007001741B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE102006042037B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102011109907A1 (de) Membranpermeationseinstellung in Pem-Brennstoffzellen
DE102010046148A1 (de) Auf ein Verhindern einer Zellenumpolung gerichtetes, verbessertes Stapelbetriebsverfahren
DE112005000646T5 (de) Brennstoffzelle
DE102021109882A1 (de) Brennstoffzellensystem
WO2005004261A2 (de) Regelung von brennstoffzellen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R084 Declaration of willingness to licence
R020 Patent grant now final
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: H01M0008040820