DE112008000986T5

DE112008000986T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112008000986T5
Application number: DE112008000986T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Toyota-shi Imai; Kenji Toyota-shi Umayahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: US20100068567A1; DE112008000986B4; WO2008133347A1; US8153315B2; JP2008270047A; CN101584070B; CN101584070A

Abstract

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das System folgendes umfasst:
eine Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung, welche sich auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um eine Ausgangsspannung zu berechnen, welche einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle ergibt;
eine Leistungsabschätzungseinrichtung, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle auf der Basis der Ausgangsspannung abschätzt; und
eine Brennstoffzellen-Steuerungseinheit, welche die Ausgangsspannung für die Brennstoffzelle vorgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und im Einzelnen ein Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems, welches in einem Fahrzeug (bewegtem Körper) montiert ist.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren hat ein Brennstoffzellensystem, welches Leistung an einen Verbraucher, beispielsweise einen bewegten Körper liefert, die Phase der praktischen Verwendung erreicht. Eine Brennstoffzelle ist so ausgebildet, dass sie eine elektromotorische Kraft durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas, beispielsweise Wasserstoff, und einem oxidierenden Gas liefert, welches Sauerstoff enthält. Es besteht eine vorbestimmte Beziehung zwischen einem Ausgangsstrom und einer Ausgangsspannung (eine Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik). Eine solche Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik ändert sich beispielsweise entsprechend der Gasmenge eines Brennstoffgases oder eines oxidierenden Gases, welche zu der Brennstoffzelle geführt werden. Weiter ist zu jeder Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik ein Ausgangsstromwert festgesetzt, welcher eine maximale Ausgangsleistung (Nettoausgang) liefert. Hier ist die Ausgangsleistung (Zulässige Brennstoffzellenleistung) eine physikalische Größe, welche durch Multiplizieren eines Ausgangsstroms mit einer Ausgangsspannung errechnet wird und eine Charakteristik aufweist, welche auf einer Beziehung zu der zugeführten Gasmenge beruht.
Als eine herkömmliche einschlägige Technik wurde ein Leistungsquellensystem vorgeschlagen, welches mit Mitteln zur Speicherung einer Ausgangsleistung einer Brennstoffzelle (einer zulässigen Brennstoffzellenausgangsleistung) als eine Ausgangscharakteristik zur Anzeige der Beziehung zu der zugeführten Gasmenge, mit Mitteln, welche neuerlich die Ausgangscharakteristik gewinnen und die ermittelte Ausgangscharakteristik zu einem Speicher hinzuaddieren und mit Mitteln ausgestattet sind, welche eine Ausgangsleistung (zulässige Brennstoffzellenleistung) auf der Basis der Ausgangscharakteristik bestimmen, welche in Entsprechung mit derselben Gasmenge gespeichert ist, beispielsweise veröffentlichte japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2003-272679 (Paragraphen 0034, 0035 ff).
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Mittlerweile ist davon auszugehen, dass eine Brennstoffzelle eine Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik aufweist, während ein Verbraucher ein Maximalausgangscharakteristik aufweist, welches die Beziehung zwischen einem Eingangsstrom und einem maximalen Ausgang definiert, so dass eine Anpassung dieser beiden Charakteristiken eine Aufgabe war. Herkömmliche Brennstoffzellensysteme haben jedoch bisher nicht diese Aufgabe erfüllt.
Ein Fehler bei der Anpassung der beiden Charakteristiken verursacht beispielsweise einen Misserfolg bei der Befriedigung eines maximalen Ausgangs, welcher von einem Verbraucher gefordert wird, oder eine übergroße Leistung, welche größer ist als die maximale, von dem Verbraucher geforderte Leistung, welche von dem Brennstoffzellensystem zu liefern ist, was in Unannehmlichkeiten (Wärmeerzeugung, gestörtes Leistungsgleichgewicht oder Überladung einer Sekundärbatterie oder dergleichen) im Brennstoffzellensystem resultiert.
Um somit das oben beschriebene Problem zu beseitigen, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, welches einen hohen Betriebswirkungsgrad hat und nicht einen physikalischen Fehler bei der Anpassung einer Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik einer Brennstoffzelle und einer Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchers entwickelt.
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein solches, welches mit einer Brennstoffzelle ausge rüstet ist, die Leistung an einen Verbraucher liefert, und welches sich auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um einen Maximalausgang der Brennstoffzelle zu bestimmen, welcher sowohl der Maximalleistungscharakteristik des Belastungsgeräts als auch der Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle genügt.
Im Einzelnen ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, welches mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, und welches Folgendes enthält: eine Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung, welche sich auf die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um eine Ausgangsspannung zu berechnen, welche einen Maximalausgang der Brennstoffzelle liefert; eine Leistungsabschätzungseinrichtung, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle auf der Basis der Ausgangsspannung abschätzt; und eine Brennstoffzellensteuereinheit, welche die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle bestimmt.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen ordnungsgemäßen Betriebspunkt dadurch einzustellen, dass verhindert wird, dass das Brennstoffzellensystem folgende Schwierigkeiten aufbaut: wenn man das Augenmerk nur auf eine Maximalleistungscharakteristik eines Verbrauchergeräts richtet und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass man eine Maximalleistung aus der Charakteristik erhält, dann fällt die tatsächliche Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle ab; oder wenn man das Augenmerk nur auf eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle richtet und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass man die Maximalleistung aus der Charakteristik erhält, dann fällt die tatsächliche Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts ab und es wird nur eine niedrige Ausgangsleistung erzeugt, welche unter einer erwarteten Maximalleistung liegt, die erreicht werden soll, oder es wird das Brennstoffzellensystem dazu veranlasst, einen Fehler aufgrund übergroßer Leistungserzeugung zu entwickeln.
Weiter schätzt in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung den Schnittpunkt einer Kennlinie, welche die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts anzeigt, und einer Kennlinie ab, welche die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle anzeigt, um hierdurch die Ausgangsspannung zu berechnen, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle liefert.
Bei dieser Konfiguration ist es möglich, einen geeigneten Betriebspunkt zu erhalten, welche beide Charakteristiken befriedigt, eine Störung des Leistungsgleichgewichts aufgrund der Erzeugung von Leistungsüberschuss verhindert und eine Überladung einer Sekundärbatterie oder eine unerwünschte Wärmeerzeugung in dem System einschränkt oder verhindert.
Weiter hält in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsspannungs-Korrktureinrichtung die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik mittels einer Aufzeichnung fest, welche durch eine Mehrzahl diskreter Punkte definiert ist, und führt beim Ausrechnen der Ausgangsspannung eine Rechnung einer Interpolation zwischen diskreten Punkten durch, um die Ausgangsspannung zu berechnen.
Durch diesen Aufbau können die Werte der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik, welche in der Aufzeichnung nicht festgehalten sind, genauer durch die Interpolationsrechnung abgeschätzt werden, wodurch es möglich wird, die Speicherkapazität eines Speichers einzusparen, welcher die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristiken speichert und die Genauigkeit der Eichung zur Zuführung einer wirklich effektiven Maximalleistung für ein Verbrauchergerät zu verbessern.
Weiter führt in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung vorzugsweise die Interpolationsrechnung in dem Falle durch, in welchem Gradienten der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charatkeristiken an benachbarten diskreten Punkten zueinander entgegengesetzte Polaritäten haben.
Durch Einstellung der Bedingungen in der oben beschriebenen Weise wird er möglich, einen Fall vorwegzunehmen, in welchem ein Maximalpunkt zwischen diskreten Punkten liegt, wodurch die richtige Interpolationsrechnung durchgeführt werden kann.
Weiter führt in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung vorzugsweise die Interpolationsrechnung in dem Falle durch, in welchem ein Absolutwert des Gradienten der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten eine vorbestimmten Wert hat oder darüber liegt.
Eine Einstellung der Bedingungen in der oben beschriebenen Weise macht es möglich die Interpolationsrechnungen nur in dem Falle durchführen zu lassen, in welchem die Interpolationsrechnung effektiv ist, da ein Fall, in welchem die Interpolationsrechnung unnötig ist, ausgeschlossen wird, beispielsweise in dem Falle, in welchem selbst dann, wenn ein Maximalpunkt zwischen diskreten Punkten existiert, einer der diskreten Punkte in der Nachbarschaft des Maximalpunktes liegt.
Zur Lösung der oben genannten Probleme ist ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung eines solches, welches mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist, die Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das System folgendes umfasst: eine Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung, welche sich auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um einen Ausgangsstrom zu berechnen, welcher einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle ergibt; eine Leistungsabschätzungseinrichtung, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle auf der Basis des Ausgangsstroms abschätzt; und eine Brennstoffzellen-Steuereinheit, welche eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle entsprechend dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle einstellt.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, einen ordnungsgemäßen Betriebspunkt dadurch einzustellen, dass verhindert wird, dass das Brennstoffzellensystem die folgenden Probleme aufbaut: wenn man das Augenmerk nur auf eine Maximalleistungscharakte ristik eines Verbrauchergeräts richtet und ein Ausgangsstrom der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass eine maximale Leistung aus der Charakteristik gewonnen wird, dann sinkt die tatsächliche Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle auf ein niedrigeres Niveau; wenn man aber die Aufmerksamkeit nur auf eine Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle richtet und ein Ausgangsstrom der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass man die Maximalleistung aus der Charakteristik gewinnt, dann sinkt die tatsächliche Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts auf ein niedrigeres Niveau, so dass nur eine niedrige Ausgangsleistung erzeugt wird, welche verschieden von einem erwarteten Leistungsmaximum ist, oder das Brennstoffzellensystem wird dazu veranlasst, eine Fehlerhaftigkeit aufgrund übergroßer Leistungserzeugung aufzubauen.
Weiter schätzt in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung einen Schnittpunkt einer Kennlinienkurve, welche die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts anzeigt, und einer Kennlinienkurve ab, welche die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle darstellt, wodurch ein Ausgangsstrom errechnet wird, welcher einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle liefert.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen geeigneten Betriebspunkt zu gewinnen, welcher beide Charakteristiken befriedigt, eine Störung des Leistungsgleichgewichts aufgrund der Erzeugung überflüssiger Leistung vermeidet und eine Überladung einer Sekundärbatterie oder eine unerwünschte Wärmeerzeugung in dem System beschränkt oder verhindert.
Weiter hält in dem Brennstoffzellensystem vorzugsweise die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik mittels einer Aufzeichnung fest, welche durch eine Anzahl diskreter Punkte definiert ist, und führt beim Berechnen des Ausgangsstroms eine Interpolationsrechnung zwischen den diskreten Punkten durch, um hierdurch den Ausgangsstrom zu berechnen.
Mit diesem Aufbau können Werte der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik, welche nicht in der Aufzeichnung festgehalten sind, genauer durch die Interpolationsrechnung abgeschätzt werden, wodurch es möglich wird, die Speicherkapazität eines Speichers einzusparen, welcher die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken speichert, und die Genauigkeit der Berechnung zu verbessern, um eine wirklich effektive Maximalleistung für ein Verbrauchergerät zu liefern.
Weiter führt die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung in dem Brennstoffzellensystem vorzugsweise die Interpolationsrechung in dem Falle durch, in welchem Gradienten der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten einander entgegengesetzte Polaritäten haben.
Die Einstellung der Bedingungen in der oben beschriebenen Weise macht es möglich, einen Fall vorwegzunehmen, in welchem ein Maximalpunkt zwischen diskreten Punkten vorliegt, wodurch eine richtige Interpolationsrichtung durchgeführt werden kann.
Weiter führt in dem Brennstoffzellensystem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung vorzugsweise die Interpolationsrechnung in dem Falle durch, in welchem ein Absolutwert des Gradienten der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten einen vorbestimmten Wert hat oder darüber liegt.
Die Einstellung der Bedingungen in der zuvor beschriebenen Weise ermöglicht es, die Interpolationsrechnung nur in dem Falle durchzuführen, wenn diese effektiv ist, da ein Fall ausgeschlossen wird, in welchem die Interpolationsrechnung unnötig ist, beispielsweise in einem Falle, in welchem selbst dann, wenn ein Maximalpunkt zwischen diskreten Punkten existiert, einer der diskreten Punkte in der Nachbarschaft des Maximalpunkts gelegen ist.
Weiter ist gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Brennstoffzellensystem das Verbrauchergerät ein Antriebsmotor. Die vorliegende Erfindung ist ideal für einen Fall geeignet, in welchem das Verbrauchergerät ein Antriebsmotor ist.
Zur Lösung der vorbeschriebenen Probleme ist ein Leistungssteuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungssteuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem, welches mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das Verfahren folgendes umfasst: einen Schritt der Bezugnahme auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle zur Errechnung einer Ausgangsspannung, welche einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle liefert, einen Schritt der Abschätzung des Maximalausgangs der Brennstoffzelle auf der Basis der Ausgangsspannung und einen Schritt der Bestimmung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle.
Zur Lösung der zuvor angesprochenen Probleme besteht ein Leistungssteuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Leistungssteuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem, welches mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das Verfahren folgendes umfasst: einen Schritt der Bezugnahme auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle zur Errechnung eines Ausgangsstroms, welcher einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle liefert; einen Schritt der Abschätzung des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle auf der Basis des Ausgangsstroms; und einen Schritt der Steuerung einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle entsprechend dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet ist.
2 ist ein funktionelles Blockdiagramm einer Steuerungseinheit 80 eines Brennstoffzellensystems 10, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet ist.
3 ist eine Kennliniendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung/Ausgangslei stung-Charakteristik einer Brennstoffzelle und einer Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchergeräts aufzeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsvorgang in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist eine Kennlinienkurvendarstellung, welche eine Charakteristik der Brennstoffzelle mittels diskreter Werte in Koordinatengitterpunkten verdeutlicht.
5A zeigt eine Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle.
5B zeigt eine Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle.
6 ist ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsvorgang in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verdeutlicht.
BESTE FORM DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung behandeln die Fälle, in denen die vorliegende Erfindung auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet wurde, welches mit einer Hybrid-Brennstoffzelle ausgerüstet ist. Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele von Anwendungen der vorliegenden Erfindung und dienen nicht zur Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre.
In der ersten Ausführungsform wird ein Betriebspunkt zur Ausgabe einer optimalen maximalen Ausgangsleistung auf der Basis einer Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik einer Brennstoffzelle und einer Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchergeräts bestimmt.
1 ist ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet worden ist.
Gemäß 1 enthält ein Brennstoffzellensystem 10 als Hauptbestandteile ein Brenngaszuführungssystem 4 zur Lieferung eines Brenngases (Wasserstoffgas) an eine Brennstoffzelle 20, ein Oxidationsgas-Zuführungssystem 7 zur Lieferung eines oxidierenden Gases (Luft) an die Brennstoffzelle 20, ein Kühlmittelzuführungssystem 3 zur Kühlung der Brennstoffzelle 20 und ein Leistungssystem 9 zum Laden/Entladen der von der Brennstoffzelle 20 erzeugten Leistung.
Die Brennstoffzelle 20 besitzt eine Membran-Elektroden-Anordnung 24, welche aus einer Anode 22 und einer Kathode 23 zusammengesetzt ist, welche durch Siebdruck oder dergleichen auf den beiden Oberflächen einer polyelektrolytischen Membran 21 gebildet sind, die von einer Proton-Leition-Austauschmembran oder dergleichen gebildet ist, welche aus einem fluorierten Harz oder dergleichen hergestellt ist. Beide Oberflächen der Membran-Elektroden-Anordnung 24 sind zwischen Abstandshaltern (nicht gezeigt) eingelagert, welche Durchgänge für ein Brenngas, ein oxidierendes Gas und ein Kühlmittel, einen Anodengaskanal 25 und einen Kathodengaskanal 26 haben, welche jeweils nutartige oder rillenartige Gestalt haben. Sie sind zwischen den Abstandshaltern und der Anode 22 und der Kathode 23 ausgebildet. Die Anode 22 wird als eine Brennstoffelektroden-Katalysatorschicht ausgebildet, welche auf einer porösen Trägerschicht vorgesehen ist, während die Kathode 23 als eine Luftelektroden-Katalysatorschicht gebaut wird, welche auf einer porösen Trägerschicht vorgesehen ist. Diese Elektroden- Katalysatorschichten werden beispielsweise durch Anbringung von Platinpartikeln gebildet.
Die Anode 22 verursacht eine Oxidationsreaktion, welche durch den unten angegebenen Ausdruck (1) charakterisiert ist, während die Kathode 23 eine Reduktionsreaktion entwickelt, welche durch den nachfolgenden Ausdruck (2) charakterisiert ist. Die gesamte Brennstoffzelle 20 erzeugt eine elektromotorische Reaktion, welche durch den unten angegebenen Ausdruck (3) charakterisiert ist. H2 → 2H+ + 2e– (1) (1/2)O2 + 2H+ + 2e– → H2O (2) H2 + (1/2)O2 → H2O (3)
In 1 ist zur Vereinfachung der Erläuterung die Struktur einer Einheitszelle, welche aus der Membran-Elektroden-Anordnung 24, dem Anodengaskanal 25 und dem Kathodengaskanal 26 zusammengesetzt ist, schematisch dargestellt. Tatsächlich jedoch ist eine gestapelte Struktur mit einer Anzahl von Einheitszellen vorgesehen, welche in Serie (als Zellengruppe) unter Zwischenlage der vorgenannten Abstandshalter vorgesehen sind.
Das Kühlmittelzuführungssystem 3 des Brennstoffzellensystems 10 ist hauptsächlich mit einem Kühlmitteldurchlass 31 zum Umwälzen eines Kühlmittels, einem Temperaturfühler 32 zum Detektieren der Temperatur des Kühlmittels, welches von der Brennstoffzelle 20 abgeleitet wird, einem Radiator (Wärmetauscher) 33, welcher die Wärme eines Kühlmittels zur Umgebung hin abstrahlt, einem Ventil 34, welches das Volumen eines Kühlmittels, welches in den Radiator 33 einfließt, einstellt, einer Kühlmittelpumpe 35 zur Unterdrucksetzung und Umwälzung des Kühlmittels, und einem Temperaturfühler 36 zum Detektieren der Temperatur eines der Brennstoffzelle 20 zugeführten Kühlmittels ausgerüstet.
Das Brenngaszuführungssystem 4 des Brennstoffzellensystems 10 enthält ein Brenngaszuführungsgerät 42, eine Brenngaszuleitung 40 zur Lieferung eines Brenngases (Anodengases), beispielsweise eines Wasserstoffgases, von dem Brenngaszuführungsgerät 42 zu dem Anodengaskanal 25, und einen Zirkulationskanal (Umlaufkanal) 51 zum Umwälzen eines Brennstoffauslassgases, welches von dem Anodengaskanal 25 zu dem Brenngaskanal 40 abgegeben wird. Diese Gaskanäle bilden das Brenngasumlaufsystem.
Der Brenngaskanal 40 enthält ein Absperrventil (Hauptventil) 43, welches die Ausströmung eines Brenngases von dem Brenngaszuführungsgerät 42 steuert, einen Druckfühler 44 zum Detektieren des Drucks eines Brenngases, ein Regulierventil 45 zur Einstellung des Brenngasdrucks des Zirkulationskanals 51, und ein Absperrventil 46 zur Steuerung der Zufuhr eines Brenngases zu der Brennstoffzelle 20. Das Brenngaszuführungsgerät 42 ist beispielsweise aus einem Wasserstoffhochdrucktank, einer Wasserstoffspeichermischung, einem Reformer und dergleichen aufgebaut.
Der Umlaufkanal oder Zirkulationskanal 51 enthält ein Absperrventil 52 zur Steuerung der Zuführung eines Brennstoffauslassgases zu dem Zirkulationskanal 51 von der Brennstoffzelle 20 her, einen Gas-Flüssigkeits-Separator 53 und ein Auslassventil 54 zur Beseitigung von Feuchtigkeit, welche in einem Brennstoffauslassgas enthalten ist, eine Wasserstoffpumpe (Umwälzpumpe) 55 zum Komprimieren eines Brennstoffauslassgases, welches einen Druckverlust erlitten hat, wenn es durch den Anodengaskanal 25 geströmt ist, um den Druck auf einen geeigneten Gasdruck zu erhöhen, so dass das Gas durch den Brenngaskanal 50 zirkulieren kann, und ein Rückfluss-Rückschlagventil 56 zum Verhindern eines Rückflusses von Brenngas des Brenngaskanals 40 zu dem Zirkulationskanal 51. Durch Antreiben der Wasserstoffpumpe 55 mittels eines Motors wird das Brennstoffauslassgas von der Wasserstoffpumpe 55 vorwärtsgetrieben, um sich mit dem Brenngas zu mischen, welches von dem Brenngaszuführungsgerät 42 durch den Brenngaskanal 40 zugeführt wird und dann zu der Brennstoffzelle 20 gelangt, um wieder zugeführt zu werden. Die Wasserstoffpumpe 55 ist mit einem Drehzahlsensor 57 versehen, um die Drehzahl der Wasserstoffpumpe 55 zu bestimmen.
Der Zirkulationskanal 51 besitzt einen Auslasskanal 61, welcher abzweigt, um ein Brennstoffabgas, welches von der Brennstoffzelle 20 aus einem Fahrzeug heraus abgegeben wird, über die Zwischenschaltung eines Verdünners (beispielsweise eines Wasserstoffkonzentrationsverminderers) 62 abzugeben. Der Auslasskanal 61 ist mit einem Spülventil 63 versehen, um den Auslass des Brennstoffabgases steuern zu können. Das Öffnen und Schließen des Spülventiles 63 zur Wiederholung der Umwälzung in der Brennstoffzelle 20 ermöglicht es, ein Brennstoffabgas mit erhöhter Verunreinigungskonzentration nach außen abzuleiten und neues Brennstoffgas einzuführen, wodurch verhindert wird, dass eine Brennstoffzellenspannung abfällt. Zusätzlich ist es möglich, zu veranlassen, dass der innere Druck des Zirkulationskanals 51 pulsiert, so dass Wasser entfernt werden kann, welches sich in einem Gaskanal angesammelt hat.
Weiter ist das Oxidationsgas-Zuführungssystem 7 des Brennstoffzellensystems 10 mit einem Oxidationsgaskanal 71 zur Zuführung eines oxidierenden Gases (Kathodengas) zu dem Kathodengaskanal 26, und einem Kathodenabgaskanal 72 zum Abgeben eines Kathodenabgases versehen, welches von dem Kathodengaskanal 26 ausgeleitet wird.
Der Oxidationsgaskanal 71 ist mit einem Luftreiniger 74 zur Aufnahme von Luft von der Atmosphäre und einem Luftverdichter 75 versehen, welcher die eingeführte Luft verdichtet und die verdichtete Luft als Oxidationsgas zu dem Kathodengaskanal 6 leitet. Der Luftverdichter 75 ist mit einem Drehzahlfühler 73 zum Detektieren der Drehzahl des Luftkompressors 75 versehen. Ein Befeuchter 76, welcher einen Feuchtigkeitsaustausch vornimmt, ist zwischen dem Oxidationsgaskanal 71 und dem Kathodenabgaskanal 72 angeordnet. Der Kathodenabgaskanal 72 ist mit einem Regulierventil 77 ausgestattet, welches den Auslassdruck des Kathodenabgaskanals 72 reguliert, ferner mit einem Gas-Flüssigkeits-Trenner 64, welcher Feuchtigkeit aus dem Kathodenabgas entfernt, sowie mit einem Auspufftopf 65, welcher Abgasgeräusche des Kathodenabgases absorbiert. Das Kathodenabgas, welches von dem Gas-Flüssigkeits-Trenner 64 abgegeben wird, wird aufgespalten, und ein Teil strömt in den Verdünner 62 und wird mit einem Brennstoffabgas gemischt, das in dem Verdünner 62 zurückgehalten wird und dann verdünnt, während der andere Teil des abgeteilten Kathodenabgases einer akustischen Absorption durch den Auspufftopf 65 unterzogen wird und mit dem Gas gemischt wird, welches durch den Verdünner 62 gemischt und verdünnt worden ist, und wird dann aus dem Fahrzeug abgeführt.
Verbunden mit dem Leistungssystem 9 des Brennstoffzellensystems 10 sind ein Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90, an dessen Primärseite ein Ausgangsanschluss einer Batterie 91 angeschlossen ist und an dessen Sekundärseite ein Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 20 angeschlossen ist, ferner die Batterie 91, welche überschüssige Leistung als Sekundärbatterie speichert, ein Batterierechner 92, welcher den Ladungszustand der Batterie 91 überwacht, ein Inverter 93, welcher Wechselstromleistung an einen Fahrzeug-Fahrmotor 94 liefert, welcher ein Verbraucher oder ein angetriebenes Objekt der Brennstoffzelle 20 ist, weiterhin ein Inverter 95, welcher Wechselstromleistung an ein Hochspannungshilfsgerät 96 liefert, welches in vielerlei Arten des Brennstoffzellensystems 10 vorgesehen ist, ein Spannungsfühler 97, welcher eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 misst, und schließlich ein Stromfühler 98, welcher einen Ausgangsstrom misst.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 nimmt eine Spannungsumsetzung der regenerativen Leistung vor, welche durch Überschlussleistung der Brennstoffzelle 20 erzeugt wird, oder durch einen Bremsvorgang des Fahrzeug-Fahrmotors 94 und liefert die regenerative Leistung an die Batterie 91 zur Ladung der Batterie 91. Um weiter einen Mangel erzeugter Leistung der Brennstoffzelle 20 relativ zu einer erforderlichen Leistung für den Fahrzeug-Fahrmotor 94 zu kompensieren, nimmt der Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 eine Spannungsumsetzung der Leistung vor, die von der Batterie 91 abgegeben wird und gibt die Leistung an der Sekundärseite ab.
Die Inverter 93 und 95 wandeln Gleichströme in Dreiphasen-Wechselströme um und geben die Dreiphasen-Wechselströme an den Fahrzeug-Fahrmotor 94 beziehungsweise an das Hochspannungs-Hilfsgerät 96 ab. Der Fahrzeug-Fahrmotor 94 ist mit einem Drehzahlfühler 99 versehen, um die Drehzahl des Motors 94 zu detektieren. Räder 100 sind mechanisch mit dem Motor 94 unter Zwischenschaltung eines Differentials gekoppelt und die Drehkraft des Motors 94 kann in eine Bewegungskraft eines Fahrzeugs umgeformt werden.
Der Spannungsfühler 97 und der Stromfühler 98 sind so ausgebildet, dass sie die Wechselstromimpedanz auf der Basis der Phase und der Amplitude eines Stromes relativ zu der Spannung eines Wechselstromsignales messen, welches dem Leistungssystem 9 überlagert ist. Die Wechselstromimpedanz entspricht der Menge von Wassergehalt der Brennstoffzelle 20. Die Größe des Wassergehaltes welche durch die Wechselstromimpedanzmessung ermittelt wird, entspricht der durchschnittlichen Menge des Wassergehaltes der gesamten Zelleneinheit, welche in der Brennstoffzelle 20 gestapelt ist.
Weiter ist das Brennstoffzellensystem 10 mit einer Steuereinheit 80 zur Steuerung der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 20 ausgestattet. Die Steuerungseinheit 80 wird durch einen Allzweckrechner gebildet, welcher beispielsweise mit einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) einem RAM, einem ROM, einer Schnittstellenschaltung und dergleichen versehen ist. Die Steuerungseinheit 80 erfasst die Sensorsignale von den Temperaturfühlern 32 und 36, dem Druckfühler 44, dem Drehzahlfühlern 57, 73 und 99, und die Signale von dem Spannungsfühler 97, dem Stromfühler 98 und dem Zündschalter 82, treibt dann Motoren entsprechend dem Zustand des Batteriebetriebes, beispielsweise einer Leistungsbelastung an, so dass die Drehzahlen der Wasserstoffpumpe 55 und des Luftverdichters 75 eingestellt werden und steuert auch den Auf-/Zu-Zustand verschiedener Ventile und stellt den Grad der Ventilöffnung ein.
Im einzelnen ist gemäß einer charakteristischen Steuerungsfunktion der vorliegenden Erfindung die Steuerungseinheit 80 so ausgebildet, dass sie sich auf die Maximalleistungscharakteristik eines Verbrauchergerätes beispielsweise des Fahrzeug-Fahrmotors 94 oder des Hochspannungs-Hilfsgerätes 96, sowie die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle 20 bezieht, um die Ausgangsspannung zu berechnen, welche einen Maximalausgang der Brennstoffzelle 20 liefert, den Maximalausgang der Brennstoffzelle 20 auf der Basis der errechneten Ausgangsspannung abschätzt, eine Ausgangsspannung entsprechend dem abgeschätzten Maximalausgang bestimmt, und die bestimmte Ausgangsspannung als eine gesteuerte Variable des Gleichstrom-Gleichstrom-Umformers 30 abgibt.
Die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergerätes verändert sich entsprechend verschiedenen Bedingungen, einschließlich einer Umgebungstemperatur und einem Verschlechterungszustand, so dass die Maximalleistungscharakteristik vorzugsweise durch Messungen auf regelmäßiger oder unregelmäßiger Basis aktualisiert wird. Weiter verändert sich die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle auch mit der Temperatur, der Menge des Wassergehaltes, dem Verschlechterungszustand und dergleichen der Brennstoffzelle, so dass diese Charakteristik auch vorzugsweise durch Messung des Ausgangsstromes und der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf regelmäßiger oder unregelmäßiger Basis aktualisiert wird.
Die Ausgangsspannung, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle liefert, muss nicht durch Berechnung zur selben Zeit abgeschätzt werden, wenn die Steuerung an dem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer ausgeführt wird. Alternativ kann die Ausgangsspannung auf regelmäßiger oder unregelmäßiger Basis aktualisiert werden.
2 ist ein Blockdiagramm einer Funktion, welche durch Ausführung eines Softwareprogramms verwirklicht wird, das auf die Spannungssteuerungsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Steuerungseinheit 80 des Brennstoffzellensystems 10 bezogen ist, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet ist.
Die Steuerungseinheit 80, welche in 2 dargestellt ist, ist als ein Funktionsblock, mit einer Leistungsabschätzungseinrichtung 801 ausgerüstet, welche die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 abschätzt, ferner mit einer Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802, welche die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 20 auf der Basis der Maximalausgangspannung eines Verbrauchergerätes (des Fahrzeug-Fahrmotors 94 oder des Hochspannungs-Hilfsgerätes 96, jedoch insbesondere des Fahrzeug-Fahrmotors 94 im vorliegenden Falle) korrigiert, weiter einer Brennstoffzellensteuereinheit 803, welche die Brennstoffzelle 20 derart steuert, dass die korrigierte Ausgangsleistung erzeugt wird, und einer Antriebssystem-Steuereinheit 804, welche die Größe des Drehmomentes des Fahrzeugs-Fahrmotors 94 errechnet, welcher ein Verbrauchergerät ist.
Das folgende erläutert die detaillierte Funktion jedes der Funktionsblöcke, die in der Steuerungseinheit 80 vorgesehen sind.
3 ist eine Graphik, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle und der Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchergerätes verdeutlicht.
Es sei auf 3 Bezug genommen. In dem Falle, in welchem die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle (nachfolgend auch als FC bezeichnet) eine Maximalausgangscharakteristik der FC ist, wird theoretisch ein maximaler Systemausgang erzielt, indem eine Systemspannung auf eine Spannung V_F1 eingestellt wird, bei welcher ein maximaler FC-Ausgang erhalten wird. Mit anderen Worten, das Einstellen der Systemspannung V_F1 macht es möglich einen Maximalwert P_F1 zu erhalten, welches der Maximalwert der Maximalausgangskennlinie f1 der FC ist.
Weiter wird in dem Falle, in welchem die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle eine Maximalausgangscharakteristik f2 der FC (Brennstoffzelle) ist, selbst dann, wenn die Systemspannung auf eine Spannung (= V_F2) eingestellt ist, welche einen Maximalausgang (= P_F2) der Brennstoffzelle (siehe Punkt A) liefert, die tatsächliche Leistung, welche durch das Verbrauchergerät verbraucht wird, gemäß einer Maximalausgangscharakteristik (Maximalleistungscharakteristik) f3 des Verbrauchergerätes beschränkt, so dass der Maximalausgang des Verbrauchergerätes tatsächlich P'_F2 ist, welcher kleiner als P_F2 ist. In diesem Falle liefert P_F2–P'_F2 eine Überschussleistung ΔP, welche in der Batterie 91 gespeichert werden sollte. Zu dieser Zeit wird, wenn die Überschussleistung ΔP zu groß ist, die Batterie 91 dann überladen.
Ferner wird selbst dann, wenn die Systemspannung auf V_MG eingestellt ist, was einen Maximalausgang (= P_MG) des Verbrauchergerätes auf der Basis der Maximalausgangskennlinie f3 des Verbrauchergerätes ergibt, wobei erwartet wird, dass der Aus gang des Verbrauchergerätes der Maximalausgang (= P_MG) (siehe Punkt C) ist, der Ausgang des Verbrauchergerätes wiederum durch die Maximalausgangscharakteristik f2 der Brennstoffzelle beschränkt und P'_MG wird die tatsächliche Ausgangsleistung.
Wie oben beschrieben versteht es sich, dass sowohl die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle als auch die Maximalausgangscharakteristik des Verbrauchergerätes in Betracht gezogen werden sollen und dass der Spannungswert der Systemspannung auf der Basis sowohl der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle als auch der Maximal ausgangscharakteristik des Verbrauchergerätes bestimmt werden muss, um den Betriebspunkt festzulegen, welcher nicht eine Überladung der Batterie verursacht, während er gleichzeitig einen maximalen Verbraucherausgang zu erreichen ermöglicht.
Wenn beispielsweise in 3 die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle die FC-Maximalausgangscharakteristik f2 ist, dann wird Überschussleistung soweit wie möglich beschränkt, während es dem Verbrauchergerät ermöglicht wird, einen Maximalausgang (= P_FM2) durch Einstellung der Systemspannung (= V_FM2) zu liefern, welche durch den Schnittpunkt (Punkt B) der Charakteristik f2 und der Maximalausgangscharakteristik f3 des Verbrauchergerätes zu der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gegeben ist, d. h., dem Spannungswert, welcher zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 spezifiziert ist. Berücksichtigt man weiter den Verbraucherwirkungsgrad, so kann ein verminderter Fehler des Maximalverbraucherausganges erreicht werden.
Wenn weiter gemäß 3 die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle die Maximalausgangscharakteristik f1 der FC ist, dann ist die Maximalausgangsleistung, welche durch die Maximalausgangscharakteristik f3 des Verbrauchergerätes erhalten wird, größer als die Ausgangsleistung, welche sich durch die Charakteristik f1 ergibt, sodass die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik nicht durch die Charakteristik f3 beschränkt wird. Durch Berücksichtigung nur der Maximalausgangsleistungscharakteristik f1 der FC und durch Bestimmung der Systemspannung (= V_F1), welche den Maximalwert als die Ausgangsspannung der Brennstoff zelle ergibt, d. h., als den Spannungswert, welcher zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 spezifiziert ist, ist es somit möglich, die Überschussleistung zu minimieren, während ein Maximalausgang (= P_F1) an das Verbrauchergerät geliefert wird.
4 ist ein Flussdiagram, welches den Verarbeitungsvorgang in der ersten Ausführungsform verdeutlicht. Das folgende dient zur Erklärung des Vorganges zur Steuerung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, wobei die Steuerung durch die Steuerungseinheit 80 unter Verwendung des in 4 angegebenen Flussdiagrams durchgeführt wird, während hier auf die 1–3 Bezug genommen wird.
In der ersten Ausführungsform sei angenommen, dass der Betrieb einen Schnittpunkt (Punkt B in 3) der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle 20 (siehe die Kennlinienkurve f2 in 3) und der Maximalausgangscharakteristik des Verbrauchergerätes enthält (siehe die Kennlinienkurve f3 in 3).
Zuerst nimmt in dem Schritt S1 die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 Bezug zu der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle 20 und der Maximalausgangscharakteristik des Verbrauchergerätes, um den Schnittpunkt der Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Kennlinienkurve der Brennstoffzelle und der Maximalausgangs-Kennlinienkurve des Verbrauchergerätes zu bestimmen, und errechnet einen Betriebspunkt-Spannungswert (= V_M).
Nachfolgend errechnet die Leistungsabschätzungseinrichtung 801 in dem Schritt S2 einen geeigneten Ausgangsspannungswert (= P_M) der Brennstoffzelle 20 entsprechend dem Betriebspunkt-Spannungswert (= V_M).
Dann gibt in dem Schritt S3 die Brennstoffzellen-Steuerungseinheit 803 den Betriebspunkt-Spannungswert (= V_M), welcher in dem Schritt S1 berechnet wurde, an den Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 als den zur Brennstoffzelle 20 spezifizierten Spannungswert aus.
Zur selben Zeit errechnet die Antriebssystem-Steuerungseinheit 804 die Drehmomentgröße auf der Basis der entsprechenden Ausgangsleistung (= P_M), welche in dem Schritt S2 abgeschätzt wurde, und sendet ein Signal St aus, welches die Drehmomentgröße für den Fahrzeugfahrmotor 94 anzeigt, welcher das Verbrauchergerät ist. Dies vervollständigt den Verarbeitungsvorgang zur Spezifizierung einer Ausgangsleistung zur Einstellung einer geeigneten Ausgangsleistung in dem Brennstoffzellensystem.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Betriebspunkt zur Ausgabe einer geeigneten Ausgangsleistung auf der Basis der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle gemäß 3 abgeschätzt. Alternativ kann jedoch auch der Betriebspunkt auf der Basis der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik abgeschätzt werden. Wenn ein Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung von der Ausgansstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle bestimmt wird, kann der jeweils andere Wert bestimmt werden. Ein Speichern der Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle in Gestalt einer Beziehungstabellenaufzeichnung oder eines Beziehungsausdruckes macht es daher möglich, einen Ausgangsstrom in eine Ausgangsspannung umzuformen oder eine Ausgangsspannung in einen Ausgangsstrom umzuformen.
Bisher verursachte die ausschließliche Berücksichtigung nur einer Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchergerätes und die Einstellung einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zur Erzielung einer Maximalleistung auf der Basis der Charakteristik, dass die tatsächliche Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle absank, oder die Berücksichtigung ausschließlich einer Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle und Einstellung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zum Erzielen der Maximalleistung auf der Basis der Charakteristik verursachte, dass die tatsächliche Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergerätes absank.
Bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird nur eine niedrige Ausgangsleistung verhindert, welche unter einer erwarteten maximalen Ausgangsleistung liegt, welche zu erreichen ist, oder man verhindert eine übergroße Leistungserzeugung, welche einen Fehler des Brennstoffzellensystems verursacht, so dass ein geeigneter Betriebspunkt, welcher einzustellen ist, ermöglicht wird.
2. Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Beispiel, bei welchem in einem System mit einer Ausgangsstrom (Ausgangsspannung)/Ausgangsleistung-Charakteristik einer Brennstoffzelle, wobei die Charakteristik in Gestalt diskreter Werte gespeichert ist, ein Interpolationspunkt, der eine Maximalausgangsleistung ergibt, die zwischen benachbarten diskreten Punkten gelegen ist, bestimmt wird.
Das Brennstoffzellensystem bei der vorliegenden Ausführungsform ist dasselbe wie dasjenige bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, sodass seine Erläuterung weggelassen wird.
In einigen Systemen sind die Maximalausgangscharakteristik der Brennstoffzelle und die Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchergerätes, welche durch eine Steuerungseinheit 80 festgehalten sind, tabelliert und in Gestalt einer diskreten Aufzeichnung gespeichert, welche durch verschiedene Punkte auf den Kurven repräsentiert wird, anstatt in Gestalt der kontinuierlichen Kurven nach 3 gegeben zu sein. In einem solchen System kann ein Betriebspunkt, welcher zu bestimmen ist, zwischen zwei diskreten Punkten liegen und es ist notwendig, einen Interpolationsausdruck für die diskreten Punkte zur Bestimmung des Schnittpunktes vorzubereiten. In der zweiten Ausführungsform ist das Verfahren der Interpolation beschrieben.
5 zeigt eine Grafik, welche die Charakteristik einer Brennstoffzelle in diskreten Werten durch Koordinatenpunkte erläutert. 5A zeigt die Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle, während 5B die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle aufzeigt.
Die Maximalausgangs-Kennlinienkurve der Brennstoffzelle ist von der Maximalausgangskurve eines Verbrauchergerätes verschieden und kann nicht durch eine einfache lineare Beziehung angenähert werden. Demgemäß wäre eine außerordentliche Speicherkapazität notwendig, um die Ausgangsleistungen entsprechend sämtlichen Punkten der Kennlinienkurve entsprechend der Auflösung der spezifizierten Spannungswerte der Steuerungseinheit 80 zu speichern. Im Allgemeinen wird daher die Maximalausgangs-Kennlinienkurve der Brennstoffzelle in der Gestalt diskreter Werte auf der Basis der repräsentativen Punkte gespeichert, welche durch die eingetragenen Punkte auf den Kennlinienkurven gemäß den gestrichelten Linien in den 5A und 5B bezeichnet sind.
Das Kennliniendiagramm von 5B (die diskrete Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik) wird durch die Berechnung von P_i = I_i × V_i aus der Kennliniendarstellung von 5A (die diskrete Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik) bestimmt. Wenn hier beispielsweise ein Stromwert, welcher die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle maximiert, aus der Kennliniendarstellung von 5B bestimmt wird, dann erhält man eine Leistung (= P_a), welche an einem diskreten Punkt a, der eine maximale Ausgangsleistung der Brennstoffzelle entsprechend dem Stromwert (I_a) anzeigt, abgeschätzt wird. Die wahre maximale Ausgangsleistung der Brennstoffzelle befindet sich jedoch an dem Punkt c, welcher zwischen dem diskreten Punkt a und einem diskretem Punkt b liegt, so dass eine direkt aus der Aufzeichnung abgeschätzte Ausgangsleistung zu einem Abschätzungsfehler führt.
Unter einer vorbestimmten Bedingung wird daher die folgende Interpolationsrechnung ausgeführt, unter der Annahme, dass ein Interpolationspunkt, an welchem die Ausgangsleistung einen Maximalwert erreicht, zwischen benachbarten diskreten Punkten liegt. Die Bedingung ist, dass die Polaritäten der Änderungsgeschwindigkeiten der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken an den beiden benachbarten diskreten Punkten sich umkehren. In dem Falle beispielsweise, in welchem eine Ausgangsleistung P zunimmt, wenn ein Ausgangsstrom I bis zu einem bestimmten diskreten Punkt zunimmt, während die Ausgangsleistung P abnimmt, wenn der Ausgangsstrom I von dem nächsten diskreten Punkt neben dem zuvor erwähnten diskreten Punkt zu nimmt, dann ist anzunehmen, dass ein Stromwert, welcher einen Maximalwert anzeigt, zwischen diesen beiden diskreten Punkten gelegen ist. Insbesondere dann, wenn der Absolutwert der Änderungsrate an diesen beiden diskreten Punkten ein vorbestimmter Wert ist oder darüber liegt, d. h., wenn der Absolutwert einen Gradienten eines bestimmten Grades oder darüber anzeigt, dann bedeutet dies, dass ein bestimmter Abstand von einem Maximalpunkt vorhanden ist, an welchem die Gradienten den Wert Null erreichen. In einem solchen Falle kann eine größere, zu erzielende Ausgangsleistung erwartet werden, so dass es sinnvoll ist, einen Interpolationspunkt durch die Interpolationsrechnung zu bestimmen.
Beispielsweise sind in der Kennlinienkurve von 5A die Vorzeichen der Gradienten (die Polaritäten der Änderungsgeschwindigkeiten) zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b verschieden und der Gradient des diskreten Punkts a und der Gradient des diskreten Punkts b sind beide groß, so dass es vorzuziehen ist die Interpolationsrechnung auszuführen. Die Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Kennlinie zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b wird also linear interpoliert, und ein Stromwert I_M an dem Interpolationspunkt c zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b auf der Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Kennlinienkurve wird unter Verwendung eines Interpolationsausdrucks errechnet. Der Interpolationsausdruck ist im allgemeinen beispielsweise durch den Ausdruck (1) gegeben. V = K1 × I + K2 (1)
Wenn hier der Stromwert und der Spannungswert an dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b jeweils durch (I_a, V_a) beziehungsweise (I_b, V_b) bezeichnet werden, dann gilt K₁ = (V_b – V_a)/(I_b – I_a), und K2 bezeichnet den Schnittpunktswert, wenn I = 0 (der Spannungswert bei I = 0) ist. Wenn beispielsweise der Stromwert an dem Interpolationspunkt c zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b mit I_M bezeichnet wird, dann wird der Ausdruck (1) durch den Ausdruck (2) ersetzt. VM = K1 × IM + K2 (2)
Hier bezeichnet V_M die Ausgangsspannung entsprechend dem Ausgangsstrom IM an dem Interpolationspunkt C. Wenn anzunehmen ist, dass der Stromwert I_M an dem Interpolationspunkt c beispielsweise der zwischengelagerte Punkt zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b ist, dann wird der Stromwert I_M durch den Ausdruck (3) repräsentiert. IM = (Ia + Ib)/2 (3)
Dann wird basierend auf dem interpolierten Stromwert I_M ein Ausgangsleistungswert P_M an dem Interpolationspunkt c zwischen dem diskreten Punkt a und dem diskreten Punkt b unter Verwendung des Interpolationsausdrucks errechnet. Die Ausgangsleistung P ist das Produkt des Ausgangsstroms I und der Ausgangsspannung V, (P = I × V), so dass die Form des Interpolationsausdrucks allgemein durch den Ausdruck (4) gegeben ist. P = I × V = I × (K1 × I + K2) (4)
Setzt man den Ausdruck (2) in den Ausdruck (4) ein, so führt dies zu dem Ausdruck (5), und die maximale Ausgangsleistung P_M bestimmt sich auf der Basis des interpolierten Stromwerts IM. PM = IM × VM = IM × (K1 × IM + K2) (5)
Die Interpolationsrechnung ermöglicht es, den Maximalausgang der Brennstoffzelle genauer abzuschätzen. Beispielsweise gewinnt man in dem Falle, in welchem der diskrete Punkt a und der diskrete Punkt b vor und nach dem Maximalpunkt der Maximalausgangscharakteristik gemäß 5B gelegen sind, den Stromwert I_M auf der Basis des Interpolationspunkts c, und der maximale Ausgangswert P_M der Brennstoffzelle entsprechend dem Stromwert IM wird genau durch Ausführung der Interpolationsrechnung bestimmt.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde die geeignete Ausgangsleistung auf der Basis der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Kennlinie der Brennstoffzelle gemäß 3 abgeschätzt, während in der zweiten Ausführungsform eine geeignete Ausgangsleistung auf der Basis der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Kennlinie der Brennstoffzelle gemäß 5B abgeschätzt wird. Wie zuvor beschrieben wird, wenn entweder ein Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung aus der Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Kennlinie der Brennstoffzelle (siehe 5A) bestimmt wird, dann der jeweils andere Wert bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle (siehe 5A) in der Form einer Beziehungstabellenaufzeichnung oder eines Beziehungsausdrucks gespeichert, so dass eine Umwandlung von einem Ausgangsstrom in eine Ausgangsspannung oder eine Umwandlung von einer Ausgangsspannung in einen Ausgangsstrom möglich ist.
6 ist ein Flussdiagramm, welches den Verarbeitungsvorgang in der zweiten Ausführungsform verdeutlicht. Im Folgenden wird der Vorgang zur Steuerung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle erläutert, welcher durch die Steuerungseinheit 80 ausgeführt wird, wobei auf die 1 bis 3 und 5 Bezug genommen wird und das Flussdiagramm von 6 verwendet wird.
In dem Schritt S11 bezieht sich eine Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 auf die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Kennlinie der Brennstoffzelle 20 (siehe die Kennlinienkurven f1 und f2 in 3) und auf die Maximalausgangscharakteristik des Verbrauchergeräts (siehe die Kennlinienkurve f3 in 3), um nach einem Schnittpunkt der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Kennlinienkurve der Brennstoffzelle und der Maximalausgangs-Kennlinienkurve des Verbrauchergeräts zu suchen.
Nachfolgend schreitet die Steuerungseinheit 80 zu dem Schritt S12 fort, in welchem dann, wenn ein Schnittpunkt der vorgenannten beiden Kennlinienkurven existiert (Antwort NEIN) festgestellt werden kann, dass die Bedingung dieselbe ist, wie die Bedingung in der ersten Ausführungsform, welche oben beschrieben wurde und dass der Schnittpunkt mit der Maximalausgangscharakteristik f3 des Verbrauchergerätes der Betriebspunkt zur Ausgabe einer geeigneten Ausgangsleistung ist, wie beispielsweise bei der Charakteristik f2 in 3. Der Verarbeitungsvorgang schreitet daher zu dem Schritt S13 fort, in welchem eine Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 einen Betriebspunkt-Stromwert (= I_M) an dem Schnittpunkt berechnet. Dann schreitet der Verarbeitungsvorgang zu dem Schritt S18 fort.
Wenn andererseits in dem Schritt S12 festgestellt wird, dass kein Schnittpunkt der vorgenannten beiden Kennlinienkurven existiert (Antwort JA), dann existiert kein Schnittpunkt mit der Maximalausgangscharakteristik f3 des Verbrauchergeräts, wie beispielsweise bei der Charakteristik f1 in 3, so dass der Maximalpunkt der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Kennlinienkurve als der Betriebspunkt zur Ausgabe einer maximalen Ausgangsleistung bestimmt werden kann, welche für die Brennstoffzelle geeignet ist. In diesem Falle schreitet der Verarbeitungsvorgang zu dem Schritt S14 fort.
In dem Schritt S14 sucht die Ausgangsspannung-Korrektureinrichtung 802 eine Anzahl von diskreten Punkten, welche für die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle aufgezeichnet sind, nach benachbarten diskreten Punkten ab, welche einen Maximalwert zwischen sich einschließen. Mit anderen Worten, die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 sucht nach einem Paar diskreter Punkte, welche relativ zueinander entgegengesetzte Polaritäten der Kennlinienkurve an den diskreten Punkten aufweisen.
Danach schreitet der Verarbeitungsvorgang zu dem Schritt S15 fort, in welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 feststellt, ob die Gradienten der Kennlinienkurve an den herausgesuchten zwei diskreten Punkten einen vorbestimmten Wert haben oder nicht. Wenn der Gradient der Kennlinienkurve der vorbestimmte Wert ist oder darunterliegt, dann bedeutet das, dass der Gradient der Kennlinienkurve verhältnismäßig sanft ist oder dass kein Gradient existiert, was bedeutet, dass der diskrete Punkt in der Nachbarschaft des Maximalpunktes der Kennlinienkurve liegt oder mit diesem Maximalpunkt zusammenfällt. Wenn daher das Ergebnis der Feststellung in dem Schritt S15 anzeigt, dass der Gradient der Kennlinienkurve der vorbestimmte Wert ist oder geringer ist (Antwort JA), dann schreitet der Verarbeitungsvorgang zu dem Schritt S16 fort, in welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 den diskreten Punkt spezifiziert, für dessen Gradient festgestellt worden ist, dass er den vorbestimmten Wert hat oder geringer ist, als den Betriebspunkt zur Erzeugung einer geeigneten Ausgangsspannung und errechnet den Stromwert des Betriebspunktes an dem diskreten Punkt vor einem Weiterschreiten zu dem Schritt S18. Wenn andererseits das Ergebnis der Feststellung in dem Schritt S15 anzeigt, dass der Gradient der Kennlinienkurve der vorbestimmte Wert ist oder darüber liegt (Antwort NEIN), dann schreitet der Verarbeitungsvorgang zu dem Schritt S17 fort, in welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung 802 einen Interpolationspunkt durch die vorbeschriebene Interpolationsrechnung bestimmt, den Interpolationspunkt als den Betriebspunkt spezifiziert und den Betriebspunkt-Stromwert an dem Interpolationspunkt berechnet, bevor die Verarbeitung zu dem Schritt S18 fortschreitet. Der Stromwert I_M an dem Interpolationspunkt wird in der oben beschriebenen Weise bestimmt.
Der Stromwert I_M an dem Interpolationspunkt kann durch Ausführen einer linearen Interpolation auf der Basis der Größe der Gradienten der Kennlinienkurve an den herausgesuchten beiden diskreten Punkten bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Absolutwerte der Gradienten der Kennlinienkurve an den beiden diskreten Punkten im wesentlichen gleich sind, dann kann abgeschätzt werden, dass der Maximalpunkt in der Nachbarschaft des zwischenliegenden Punktes zwischen den beiden diskreten Punkten liegt, so dass der Mittelwert der Stromwerte an den beiden diskreten Punkten (= (I_a + I_b)/2) als der Stromwert I_M des Betriebspunkts errechnet werden kann. Wenn die Absolutwerte der Gradienten der Kennlinienkurve an den beiden diskreten Punkten verschieden sind, dann kann der Stromwert, welcher durch gewichtete Mittelwertbildung mit dem Reziproken der Größe des Gradienten als der Stromwert des Betriebspunkts IM berechnet werden.
Danach schreitet der Bearbeitungsvorgang zu dem Schritt S18 fort, in welchem eine Leistungsabschätzungseinrichtung 801 einen geeigneten Ausgangsspannungswert (= P_M) der Brennstoffzelle 20 entsprechend dem Stromwert (= I_M) des Betriebspunkts entsprechend der Berechnung in einem der vorerwähnten Schritte S13, S16 und S17 errechnet.
Die Verarbeitung schreitet dann zu dem Schritt S19 fort, in welchem eine Brennstoffzellen-Steuerungseinheit 803 den Spannungswert (= V_M) an dem in einem der Schritte S13, S16 und S17 errechneten Betriebspunkt an den Gleichstrom-Gleichstrom-Umformer 90 als den Spannungswert ausgibt, der für die Brennstoffzelle 20 spezifiziert worden ist. Gleichzeitig rechnet eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 804 eine Drehmomentgröße auf der Basis der geeigneten Ausgangsleistung (= P_M), welche in dem Schritt S18 abgeschätzt wurde, und sendet ein Signal St, welches die Drehmomentgröße angibt, an einen Fahrzeugfahrmotor 94 aus. Dies vollendet den Verarbeitungsvorgang zur Einstellung einer geeigneten Ausgangsleistung im Brennstoffzellensystem.
Die oben beschriebene zweite Ausführungsform sieht dieselben Vorgänge und Vorteile wie diejenigen der ersten Ausführungsform vor, welche ebenfalls oben beschrieben wurde. Zusätzlich kann, selbst wenn die diskreten Punkte der Ausgangsstrom(Ausgangsspannung)/Ausgangsleistung-Charakteristik, welche in dem System aufgezeichnet ist, von einem Maximalwert auf der Kennlinienkurve entfernt sind, welcher eine maximale Ausgangsleistung ergibt, ein Interpolationspunkt, welcher näher an der maximalen Ausgangsleistung liegt oder die Abgabe der maximalen Ausgangsleistung ermöglicht, durch Interpolationsrechnung errechnet werden, wodurch ermöglicht wird, einen Betrieb bei der für das System maximal zulässigen Ausgangsleistung zu erreichen.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung kann auf vielerlei andere Modifikationen zusätzlich zu den vorbehandelten Ausführungsformen angewendet werden.
Beispielsweise kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Hybrid-Brennstoffzellensystem wie im Falle der Ausführungsbeispiele angewendet werden; die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf andere allgemeine Brennstoffzellensysteme angewendet werden.
Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Fahrzeuge sondern andere bewegte Körper angewendet werden, welche auf dem Lande, unter dem Boden, auf dem Wasser, im Wasser, im Luftraum und außerhalb desselben fahren. Es erübrigt sich zu sagen, dass die vorliegende Erfindung auch auf Brennstoffzellensysteme feststehender Art angewendet werden kann.
(Industrielle Anwendbarkeit)
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgangsspannung oder ein Ausgangsstrom, welche einen maximalen Ausgang einer Brennstoffzelle ergeben, durch Bezugnahme auf die Maximalleistungscharakteristik eines Verbrauchergeräts und die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle errechnet, so dass ein geeigneter Betriebspunkt eingestellt werden kann, welcher beiden Charakteristiken genügt. Hierdurch wird ermöglicht, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, welches in der Lage ist, eine Störung des Leistungsgleichgewichts aufgrund des Auftretens überschüssiger Leistung zu verhindern, und auch in der Lage ist, eine Überladung einer Sekundärbatterie und unerwünschte Wärmeerzeugung in dem System einzuschränken oder zu vermeiden.
Zusammenfassung
Eine Systemspannung (= V_M), welche durch einen Schnittpunkt (Punkt B) in einer Graphik einer FC-Maximalausgangscharakteristik f2 der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik einer Brennstoffzelle, und einer Graphik einer Verbrauchergerät-Maximalausgangscharatkeristik f3 angezeigt wird, wird ausgegeben, um eine optimale Ausgangsleistung (= P_M) zu erhalten, wodurch eine Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik einer Brennstoffzelle und eine Maximalausgangscharakteristik eines Verbrauchers angepasst werden. Es wird somit ein Brennstoffzellensystem geschaffen, welches einen hohen Betriebswirkungsgrad hat und frei von physikalischen Fehlerhaftigkeiten ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-272679 [0003]

Claims

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das System folgendes umfasst: eine Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung, welche sich auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um eine Ausgangsspannung zu berechnen, welche einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle ergibt; eine Leistungsabschätzungseinrichtung, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle auf der Basis der Ausgangsspannung abschätzt; und eine Brennstoffzellen-Steuerungseinheit, welche die Ausgangsspannung für die Brennstoffzelle vorgibt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung den Schnittpunkt einer Kennlinienkurve, welche die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts angibt, und einer Kennlinienkurve, welche die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle angibt, abschätzt, um hierdurch die Ausgangsspannung zu berechnen, welche den Maximalausgang der Brennstoffzelle liefert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung die Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik mittels einer Aufzeichnung festhält, welche durch eine Anzahl diskreter Punkte definiert ist, und beim Errechnen der Ausgangsspannung die Interpolationsrechnung zwischen den diskreten Punkten durchführt, um hierdurch die Ausgangsspannung zu berechnen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung die Interpolationsrichtung in dem Falle durchführt, in welchem Gradienten der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten zueinander entgegengesetzte Polaritäten haben.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, bei welchem die Ausgangsspannungs-Korrektureinrichtung die Interpolationsrechnung in dem Falle durchführt, in welchem ein Absolutwert des Gradienten der Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten einen vorbestimmten Wert haben oder darüber liegen.
Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, welche Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das System folgendes umfasst: eine Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung, welche sich auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle bezieht, um einen Ausgangsstrom zu berechnen, welcher einen Maximalausgang der Brennstoffzelle ergibt; eine Leistungsabschätzungseinrichtung, welche den maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle auf der Basis des Ausgangsstroms abschätzt; und eine Brennstoffzellen-Steuerungseinheit, welche eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle entsprechend dem Ausgangsstrom für die Brennstoffzelle vorgibt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, bei welchem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung einen Schnittpunkt einer Kennlinienkurve, welche die Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts angibt, und einer Kennlinienkurve, welche die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle angibt, abschätzt, um hierdurch einen Ausgangsstrom zu berechnen, welcher einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle ergibt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung die Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristik mittels einer Aufzeichnung festhält, welche durch eine Mehrzahl diskreter Punkte definiert ist, und bei der Errechnung des Ausgangsstroms eine Interpolationsrechnung zwischen den diskreten Punkten durchführt, um hierdurch den Ausgangsstrom zu berechnen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, bei welchem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung die Interpolationsrechnung in dem Falle durchführt, in welchem Gradienten der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten diskreten Punkten zueinander entgegengesetzte Polaritäten haben.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, bei welchem die Ausgangsstrom-Korrektureinrichtung dien Interpolationsrechnung in dem Falle durchführt, in welchem ein Absolutwert des Gradienten der Ausgangsstrom/Ausgangsleistung-Charakteristiken an benachbarten Punkten einen vorbestimmten Wert hat oder darüber liegt.
Brennstoffzellensystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das Verbrauchergerät ein Fahrmotor ist.
Verfahren zur Leistungssteuerung für ein Brennstoffzellensystem, das mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist, die Leistung an ein Verbrauchergerät liefert, wobei das Verfahren folgendes umfasst: einen Schritt der Bezugnahme auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsspannung/Ausgangsleistung-Charakteristik der Brennstoffzelle zur Errechnung einer Ausgangsspannung, welche einen Maximalausgang der Brennstoffzelle ergibt; einen Schritt des Abschätzens des Maximalausgangs der Brennstoffzelle auf der Basis der Ausgangsspannung; und einen Schritt der Vorgabe der Ausgangsspannung für die Brennstoffzelle.
Verfahren zur Leistungssteuerung eines Brennstoffzellensystems, welches mit einer Brennstoffzelle zur Zuführung von Leistung zu einem Verbrauchergerät ausgestattet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt der Bezugnahme auf eine Maximalleistungscharakteristik des Verbrauchergeräts und eine Ausgangsstrom/Ausgangsspannung-Charakteristik der Brennstoffzelle zur Errechnung eines Ausgangsstroms, welcher einen maximalen Ausgang der Brennstoffzelle ergibt; einen Schritt der Abschätzung des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle auf der Basis des Ausgangsstroms; und einen Schritt der Vorgabe einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle entsprechend dem Strom für die Brennstoffzelle.