DE112008002747T5

DE112008002747T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112008002747T5
Application number: DE112008002747T
Authority: DE
Inventors: Shigeto Toyota-shi Kajiwara; Shinji Toyota-shi Aso
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2028-10-16
Also published as: JP2009110665A; US8383281B2; DE112008002747B4; CN101836321B; CN101836321A; US20100255396A1; JP4274277B2; WO2009054389A1

Abstract

Brennstoffzellensystem mit einem Überflutungs-Beseitigungs-Modus als einen von für Brennstoffzellen verfügbaren Betriebsmodi, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist:
eine Antriebssteuerung, die derart konfiguriert ist, um, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder niedriger ist als eine vorgegebene erste Temperatur, die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zu betreiben, und um, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder höher ist als eine vorgegebene zweite Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, zu verhindern, dass die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden, wobei,
im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen, die Antriebssteuerung die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellentechnologie.
Stand der Technik
Während der Leistungserzeugung wird Wasser in Brennstoffzellen aufgrund einer elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt, wobei das derart erzeugte Wasser nachfolgend als „erzeugtes Wasser” bezeichnet wird. Beispielsweise geht man davon aus, dass bei einem mit Brennstoffzellen bestückten Fahrzeug die Brennstoffzellen bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt (subfreezing temperature) starten können. In diesem Fall kann das in den Brennstoffzellen verbleibende Wasser frieren und eine gleichmäßige Zufuhr von Kraftstoff unterbrechen. Dies kann zu Fehlern bei der Leistungserzeugung bzw. Stromerzeugung führen.
Bei einem Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellen treibt eine vorgeschlagene Technik die Brennstoffzellen in Reaktion auf die Auswahl des Nutzers ein einem Wärmeerhaltungsmodus an, um zu verhindern, dass erzeugtes Wasser gefriert, und beendet den Betrieb der Brennstoffzellen im Wärmeerhaltungsmodus wenn die Umgebungstemperatur einen ausreichend hohen Wert erreicht (siehe beispielsweise die japanischen Offenlegungsschriften JP-2005-108832 , JP-2005-317211 , JP-2007-95655 und JP 2006-79864 ).
Das erzeugte Wasser, das nicht gefroren sondern in der Umgebung bzw. Nähe der Elektrolytmembranen gesammelt wird – dieses Phänomen wird allgemein als „Überflutung” (flooding) bezeichnet – kann dennoch eine gleichmäßige Zufuhr von Kraftstoff unterbrechend und die Leistung der Brennstoffzellen verringern. In solchen Fällen kann eine Wassergehalt-Steuerung ausgeführt werden, um den Wassergehalt der in den Brennstoffzellen enthaltenen Elektrolytmembranen während des Betriebs der Brennstoffzellen zu regulieren. Auch kann ein Spülprozess ausgeführt werden, um das bei einem Stoppzustand der Brennstoffzellen in den Brennstoffzellen verbleibende, erzeugte Wasser zu entfernen. Die Brennstoffzellen können im Wärmeerhaltungsmodus betrieben werden, wie vorstehend angeführt. Der Betrieb der Brennstoffzellen im Wärmeerhaltungsmodus verhindert, dass das erzeugte Wasser verflüssigt wird, und beseitigt somit den Überflutungszustand. Jeder derartige Überflutungs-Beseitigungs-Prozess verbraucht zusätzlich Leistung und verschlechtert dadurch die Kraftstoffverbrauchsmenge. Unter der Bedingung einer hohen Außen- bzw. Umgebungstemperatur gibt es eine nur geringe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Überflutung. Der Überflutungs-Beseitigungs-Prozess muss daher häufig bei derart hoher Umgebungstemperatur beendet werden. Das Frieren des erzeugten Wassers ist das aus dem Auftreten der Überflutung resultierende Phänomen. Der Prozess zur Vermeidung des Frierens ist somit äquivalent zum Überflutungs-Beseitigungs-Prozess.
Selbst unter der Bedingung einer hohen Umgebungstemperatur können der Betrieb der Brennstoffzellen im Wärmeerhaltungsmodus oder der Spülprozess und die Wassergehalt-Steuerung unter gewissen Umständen nötig werden. Wenn beispielsweise ein Fehler im Brennstoffzellensystem auftritt, ist es erwünscht, das Brennstoffzellensystem im Wärmeerhaltungsmodus zu betreiben, um die Ursache des Fehlers zu finden. Der Betrieb der Brennstoffzellen im Wärmeerhaltungsmodus kenn die Überflutung als mögliche Fehlerquelle ausschließen. Wenn weiterhin ein Fehler bei den im Wärmeerhaltungsmodus betriebenen Brennstoffzellen vorliegt, kann die Ursache des Fehlers in einem anderen Grund als Überflutung gefunden werden, beispielsweise dem Auftreten von Brüchen.
Offenbarung der Erfindung
Es besteht daher die Notwendigkeit, die Anwenderfreundlichkeit zum Überprüfungszeitpunkt eines Brennstoffzellensystems mit einem Betriebsmodus zur Beseitigung eines Überflutungszustands zu verbessern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem mit einem Überflutungs-Beseitigungs-Modus als einen von für Brennstoffzellen verfügbaren Betriebsmodi, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist:
eine Antriebssteuerung, die derart konfiguriert ist, um, wenn die Außen- bzw. Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder niedriger ist als eine vorgegebene erste Temperatur, die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zu betreiben, und um, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder höher ist als eine vorgegebene zweite Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, zu verhindern, dass die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden, wobei,
im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen, die Antriebssteuerung die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt.
Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt der Erfindung werden, im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung, die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beseitigt den Überflutungszustand und schließt somit wie gewünscht die Überflutung als einen möglichen Grund eines Fehlers zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellensystems aus. Diese Anordnung verbessert daher die Anwenderfreundlichkeit zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellensystems.
Das Brennstoffzellensystem kann ferner eine Eingabevorrichtung umfassen, wobei, unter einer Bedingung, dass die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems höher ist als die erste Temperatur aber niedriger ist als die zweite Temperatur, die Antriebssteuerung die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt, wenn eine Antriebsanweisung zum Antreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus über die Eingabevorrichtung eingegeben wird.
Bei dem Brennstoffzellensystem dieser Ausführungsform können, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems zwischen der vorgegebenen ersten Temperatur und der vorgegebenen zweiten Temperatur ist, die Brennstoffzellen in Reaktion auf die Anforderung eines Nutzers im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden, beispielsweise in Reaktion auf die Betätigung der Eingabevorrichtung durch den Nutzer, um die Antriebsanweisung zum Betreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus einzugeben.
Bei dem Brennstoffzellensystem kann, im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen, die Antriebssteuerung unabhängig von der Umgebungstemperatur die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreiben, wenn die Antriebsanweisung zum Betreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus über die Eingabevorrichtung eingegeben wird.
Bei dem Brennstoffzellensystem dieser Ausführungsform werden die Brennstoffzellen selbst im Fall einer Eingabe der Überprüfungsanweisung nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben, außer die Antriebsanweisung zum Betreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus wird über die Eingabevorrichtung eingegeben. Im Fall der Eingabe der Überprüfungsanweisung kann der Nutzer nämlich die Eingabevorrichtung dazu verwenden, um die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur nach Belieben im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zu betreiben.
Bei dem Brennstoffzellensystem kann die Antriebssteuerung in Reaktion auf einen Anschluss einer Überprüfungsvorrichtung an das Brennstoffzellensystem die Eingabe der Überprüfungsanweisung identifizieren.
Bei dem Brennstoffzellensystem dieser Ausführungsform kann der Anschluss der Überprüfungsvorrichtung die Betriebssteuerung zum Antreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der Umgebungstemperatur beenden.
Bei dem Brennstoffzellensystem kann der Überflutungs-Beseitigungs-Modus einen Betriebsmodus darstellen, bei dem zumindest einer der folgenden Verfahrensschritte ausgeführt wird: ein Wärmeerhaltungsprozess, um eine Innentemperatur der Brennstoffzellen während des Betriebs der Brennstoffzellen auf einem vorgegebenen Temperaturwert zu halten; einen Wassergehalt-Steuerprozess, um einen Wassergehalt in Elektrolytmembranen, die in den Brennstoffzellen enthalten sind, während des Betriebs der Brennstoffzellen zu regulieren; und einen Spülprozess, um in den Brennstoffzellen während eines Stoppzustandes der Brennstoffzellen erzeugtes Wasser zu entfernen.
Die Technologie der vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich des Brennstoffzellensystems, eines Fahrzeugs mit dem Brennstoffzellensystem und einem Betriebsverfahren für die Brennstoffzellen realisiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 zeigt, das mit einem Brennstoffzellensystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zeigt, die in der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
3 ist eine Tabelle, welche die Erfordernisse zur Aktivierung und Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt, die durch Kombinationen von drei Bedingungen bestimmt werden: einem AN- Zustand und einem AUS-Zustand eines Überprüfungswerkzeugs 200; einer AN-Stellung und einer AUS-Stellung eines Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58; und einer Umgebungstemperatur To;
4 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Zeitpunkte der jeweiligen Verarbeitungsprozesse im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zeigt, die in einer zweiten Ausführungsform ausgeführt wird;
6 ist eine Tabelle, welche die Erfordernisse zur Aktivierung und Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt, die durch Kombinationen der drei Bedingungen bestimmt wird: der AN-Zustand und der AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200; der AN-Stellung und der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58; und der Umgebungstemperatur To.
Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Einige Arten zum Ausführen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in der folgenden Reihenfolge beschrieben:

A. Erste Ausführungsform
B. Zweite Ausführungsform
C. Weitere Aspekte

A1. Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs
1 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 zeigt, das mit einem Brennstoffzellensystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1000 umfasst, als Hauptbestandteile, ein Brennstoffzellensystem 100, eine Sekundärbatterie 50, einen Motor 56, eine ECU 40, einen DC/DC-Wandler 52 und einen Inverter 54. Das Brennstoffzellenfahrzeug 1000 wird mit einer Antriebskraft vom Motor 56 betrieben, der von einem Brennstoffzellenstapel 20 als Hauptstromquelle bzw. Hauptleistungsquelle und der Sekundärbatterie 56 als Sekundärstromquelle bzw. Sekundärleistungsquelle angetrieben wird.
Die ECU 40 besteht aus einem Mikrocomputer-basierten Logikschaltkreis und steuert den Betrieb der jeweiligen Bestandteile im Brennstoffzellenfahrzeug 1000. Die ECU 40 empfängt Signale von unterschiedlichen Sensoren und Schaltern, die im Brennstoffzellenfahrzeug 1000 vorgesehen sind, während sie Steuersignale an den DC/DC-Wandler 52 und den Inverter 54 zum Steuern des Betriebs des Motors 56 ausgibt. Die ECU 40 steuert zudem auch den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100, wie im weiteren Verlauf erklärt werden wird.
Die Sekundärbatterie 50 ist über den DC/DC-Wandler 52 parallel zu dem Brennstoffzellenstapel 20 angeschlossen. Der Inverter 54 erzeugt aus den Gleichströmen einen Drei-Phasen-Wechselstrom und speist den erzeugten Drei-Phasen-Wechselstrom in den Motor 56, um die Drehzahl und das Drehmoment des Motors 56 zu steuern. Der Motor 56 hat eine Rotationswelle, die mit (nicht dargestellten) Rädern über ein Getriebe und eine (nicht dargestellte) Welle verbunden ist, und wird angetrieben um eine Antriebskraft auf das Brennstoffzellenfahrzeug 1000 auszugeben.
A2. Struktur des Brennstoffzellensystems
Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Hauptbestandteile den Brennstoffzellenstapel 20, eine Wasserstoffzuführvorrichtung 24, ein Gebläse 26, eine Kühlvorrichtung 30, die ECU 40, einen Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58, Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 59 und einen Außen- bzw. Umgebungstemperatursensor 57. Zahlreiche Arten von Brennstoffzellen können für den Brennstoffzellenstapel 20 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform enthält der Brennstoffzellenstapel 20 Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen.
Die Wasserstoffzuführvorrichtung 24 ist derart konstruiert, um darin Wasserstoff zu speichern und gasförmigen Wasserstoff als Brenngas den Anoden im Brennstoffzellenstapel 20 zuzuführen. Die Wasserstoffzuführvorrichtung 24 kann beispielsweise ein Wasserstoffgaszylinder oder ein Wasserstofftank mit einer darin vorgesehenen Wasserstoffspeicherlegierung sein. Ein Brenngasausstoß, der von den Anoden nach der elektrochemischen Reaktion ausgestoßen wird, wird in einen Flußpfad eingebracht, der die Wasserstoffversorgungsvorrichtung 24 mit dem Brennstoffzellenstapel 20 verbindet, und wird erneut für die elektrochemische Reaktion verwendet (nicht dargestellt). Das Gebläse 26 saugt die Luft aus der Atmosphäre an und führt die angesaugte Luft als Oxidationsgas den Kathoden im Brennstoffzellenstapel 20 zu.
Die Kühlvorrichtung 30 enthält einen Kühlwasserflußpfad 42, der derart angeordnet ist, dass er durch das Innere des Brennstoffzellenstapels 20 reicht, einen Radiator bzw. Kühler 34 sowie eine Pumpe 36. Die Pumpe 36 wird aktiviert, um Kühlwasser durch den Kühlwasserflußpfad 32 zu zirkulieren. Wärme wird im Verlauf der elektrochemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt. Während der Leistungserzeugung bzw. Stromerzeugung wird das Kühlwasser im Brennstoffzellenstapel 20 zirkuliert und durch den Radiator 34 gekühlt, so dass die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird. Der Radiator 34 hat ein Kühlgebläse (nicht dargestellt), das dazu verwendet wird, um die Kühlung des Kühlwassers durch den Radiator 34 zu erleichtern.
Ein Temperatursensor 38 ist im Kühlwasserflußpfad 32 an einer bestimmten Stelle nahe der Verbindung zwischen dem Kühlmittelflußpfad 32 und dem Brennstoffzellenstapel 20 und an der Auslassseite des Kühlwassers aus dem Brennstoffzellenstapel 20 vorgesehen. Ein Erfassungssignal des Temperatursensors 38 wird in vorgegebenen Zeitintervallen an die ECU 40 gesandt. Die ECU 40 gibt in Reaktion auf den Empfang des Erfassungssignals ein Steuersignal an die Pumpe 36 aus und reguliert dabei die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20. In der Darstellung von 1 zeigen durchgezogene Pfeile die Zirkulationsrichtungen des Kühlwassers im Kühlwasserflußpfad 32 an.
Wenn der Brennstoffzellenstapel 20, wie nachfolgend diskutiert, in einem Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird, nutzt die Kühlvorrichtung 30 eine (nicht dargestellte) Heizvorrichtung, um das Kühlwasser aufzuheizen, und lässt das heiße Wasser im Brennstoffzellenstapel 20 zirkulieren, wodurch die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 erhöht wird. Die Kühlvorrichtung 30 stoppt den Betrieb des Kühlgebläses und verhindert einen Temperaturabfall des Kühlwassers, wodurch die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 in einem Hochtemperaturbereich gehalten wird.
Der Umgebungstemperatursensor 57 ist an einem Außenumfang des Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 angebracht, um die Außen- bzw. Umgebungstemperatur zu messen, und sendet die erfasste Umgebungstemperatur in Form eines Erfassungssignals an die ECU 40. Der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 ist an einem Instrumentenfeld bzw. Armaturenbrett (nicht dargestellt) in einem Frontabschnitt im Inneren des Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 angeordnet und kann durch den Fahrer betätigt werden. Die Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 59 sind in dem Armaturenbrett angeordnet. Ein Überprüfungswerkzeug 200 ist mit den Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 59 verbindbar. Signale sind zwischen der ECU 40 und dem Überprüfungswerkzeug 200 vermittels der Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 59 übertragbar. Das Überprüfungswerkzeug 200 kann beispielsweise eine Fehlerdiagnosevorrichtung sein, die zu Überprüfungs- und Servicezwecken bei Fahrzeughändlern verwendet wird.
Die ECU 40 dient als eine Antriebssteuerung 42 zum Steuern des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 20. Wenn der Fahrer einen (nicht dargestellten) Starschalter, der im (nicht dargestellten) Armaturenbrett angeordnet ist, das im Frontabschnitt im Fahrzeuginnenraum vorgesehen ist, betätigt, um einen IG (Zünd-)Schalter einzuschalten (AN), und anschließend einen ST (Start-)Schalter einschaltet (AN), startet die Antriebssteuerung 42 den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 in Reaktion auf ein Signal vom Startschalter. Der Begriff „IG” wird hier als Abkürzung für „Zündung” verwendet, was ursprünglich die Zündung eines Verbrennungsmotors bedeutet. Der Begriff „Zündschalter” könnte daher für das Brennstoffzellensystem 100 nicht gänzlich geeignet sein, wurde jedoch im Stand der Technik über viele Jahre hinweg als ein Wort verwendet, das einen Startschalter eines Fahrzeugs meint. Vor diesem Hintergrund stellt der „IG-Schalter” einen Operator dar, der in der vorliegenden Beschreibung als ein Startschalter für das Fahrzeug verwendet wird. Bei dem Brennstoffzellensystem 100 dieser Ausführungsform wird, in Reaktion auf eine AN-Betätigung des Zündschalters elektrische Leistung der ECU 40, der Wasserstoffzuführvorrichtung 24, dem Gebläse 26 und der Kühlvorrichtung 30 zugeführt. In Reaktion auf eine AN-Betätigung des ST-Schalters steuert die ECU 40 den Betrieb der Wasserstoffzuführvorrichtung 24, des Gebläses 26 und der Kühlvorrichtung 30, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 zu starten.
Die Antriebssteuerung 42 empfängt Signale vom Umgebungsluftsensor 57, dem Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 und dem Überprüfungswerkzeug 200 und verursacht, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus als Einem von für den Brennstoffzellenstapel 20 verfügbaren Betriebsmodi betrieben wird.
Der Überflutungs-Beseitigungs-Modus stellt einen Betriebsmodus dar, bei dem unterschiedliche Steuerungen ausgeführt werden, um einen Überflutungszustand (flooding state) im Brennstoffzellenstapel 20 zu beseitigen. Insbesondere umfasst der Überflutungs-Beseitigungs-Modus eine Temperaturerhöhungs-Steuerung, eine Wassergehalt-Steuerung, eine Wärmeerhaltungs-Steuerung sowie einen Spülprozess. 4 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Zeitpunkte der jeweiligen Verarbeitungsprozesse im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt. Die Details des Überflutungs-Beseitigungs-Modus werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
Die Temperaturerhöhungs-Steuerung erhöht schlagartig die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20. Ein konkretes Verfahren kann eine elektrische Heizvorrichtung verwenden, um das Kühlwasser zu erhitzen, wodurch die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 schlagartig ansteigt. Wie in 4 dargestellt, wird die Temperaturerhöhungs-Steuerung nach der AN-Betätigung des ST-Schalters ausgeführt und wird fortgesetzt, bis die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 eine vorgegebene Solltemperatur erreicht. Die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 wird vom Temperatursensor 38 erfasst.
Die Wärmeerhaltungs-Steuerung hält die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 auf der vorgegebenen Solltemperatur. Ein konkretes Verfahren kann den am Radiator 34 der Kühlvorrichtung 30 vorgesehenen (nicht dargestellten) Lüfter anhalten, um eine Temperaturabnahme des Kühlwassers zu verhindern, um dadurch die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 auf der Solltemperatur zu halten. Wie in 4 dargestellt ist, wird die Wärmeerhaltungs-Steuerung nach Abschluss des Aufwärmens oder nach Erreichen des Sollwertes für die Innentemperatur des Brennstoffzellenstapels 20 durchgeführt und bis zu einer AUS-Betätigung des IG-Schalters fortgesetzt.
Die Wassergehalts-Steuerung trocknet oder befeuchtet Elektrolytmembranen im Brennstoffzellenstapel 20, um den Wassergehalt der Elektrolytmembranen auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Ein konkretes Verfahren kann den Membranwiderstand (Impedanz) messen und die Elektrolytmembranen gemäß der Impedanz befeuchten oder trocknen, um dadurch den Wassergehalt der Elektrolytmembranen zu steuern. Wie in 4 gezeigt ist, wird die Wassergehalt-Steuerung gleichzeitig mit der Temperaturerhaltungs-Steuerung ausgeführt.
Der Spülprozess stellt den Wassergehalt der Elektrolytmembranen in einem vorgegebenen, geeigneten Bereich während eines Stoppzustands des Brennstoffzellensystems 100 ein. Ein konkretes Verfahren kann das Gebläse 26 steuern, um dem Brennstoffzellenstapel 20 Luft zuzuführen, um dadurch die Elektrolytmembranen zu trocknen. Dieser Spülprozess soll vermeiden, dass in dem Brennstoffzellenstapel 20 verbleibendes Wasser bei einem Neustart des Brennstoffzellensystems 100 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gefroren ist. Wie in 4 dargestellt, wird der Spülprozess nach der AUS-Betätigung des IG-Schalters ausgeführt und beendet, wenn der Wassergehalt der Elektrolytmembranen in dem vorgegebenen, geeigneten Bereich liegt. Gleichzeitig mit dem Abbruch des Spülprozesses stoppt das Brennstoffzellensystem 100 den Betrieb.
In dem Zeitschaubild aus 4 wird der Überflutungs-Beseitigungs-Modus gleichzeitig mit der AN-Betätigung des ST-Schalters aktiviert. Das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus kann nach der AN-Betätigung des IG-Schalters aber vor der AN-Betätigung des ST-Schalters bestimmt werden. Ein konkretes Verfahren kann ein Überflutungs-Beseitigungs-Modus-Flag bei einer Feststellung des Erfordernisses zur Aktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus nach der AN-Betätigung des IG-Schalters auf AN stellen. Das Verfahren kann dann den Überflutungs-Beseitigungs-Modus in Reaktion auf die AN-Betätigung des ST-Schalters aktivieren. Die Feststellung des Erfordernisses zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus wird später im Detail beschrieben.
A3. Arbeitsweise der Ausführungsform
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zeigt, die von der ECU 40 im Brennstoffzellenfahrzeug 1000 ausgeführt wird. Die Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine wird wiederholt in vorgegebenen Intervallen nach der AN-Betätigung des IG-Schalters durchgeführt.
Bei dieser Ausführungsform verbindet, zu einem Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20, der Prüfer das Überprüfungswerkzeug 200 mittels eines Verbindungskabels mit den Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 59, schaltet das Überprüfungswerkzeug 200 ein (AN) und startet das Brennstoffzellensystem 100. In Reaktion auf den Empfang eines Start- bzw. Einschaltsignals vom Überprüfungswerkzeug 200 identifiziert die ECU 40 die Eingabe einer Überprüfungsanweisung. Das Überprüfungswerkzeug 200 sowie das Startsignal des Überprüfungswerkzeugs 200 entsprechen in dieser Ausführungsform jeweils der Eingabevorrichtung und der Überprüfungsanweisung in den Ansprüchen der Erfindung.
Der Verfahrensablauf der Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine bei vom Überprüfungswerkzeug 200 getrenntem Zustand oder bei dem herkömmlichen Antriebszustand des Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Die Antriebssteuerung 42 bestimmt zunächst, ob die Umgebungsluft To nicht über einer ersten Temperatur T1 liegt (Schritt S102). Die ECU 40 empfängt das Erfassungssignal vom Umgebungsluftsensor 57 zu jedem vorgegebenen Zeitintervall nach der AN-Betätigung des IG-Schalters und führt die Erfassung basierend auf dem in Schritt S102 empfangenen Erfassungssignal durch.
Die erste Temperatur T1 und eine (später erläuterte) zweite Temperatur T2 werden vorab festgesetzt. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Temperatur T1 auf eine bestimmte Temperatur eingestellt, bei der eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass angesammeltes erzeugtes Wasser im Brennstoffzellenstapel 20 gefriert, beispielsweise eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt. Die zweite Temperatur T2 ist auf eine hohe Temperatur eingestellt, bei der eine geringe Wahrscheinlichkeit der Überflutung gegeben ist.
Nach Feststellung, dass die vom Umgebungstemperatursensor 57 gemessene Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt (JA in Schritt S102), aktiviert die Antriebssteuerung den Überflutungs-Beseitigungs-Modus (Schritt S108) und beendet die Routine. Diese Steuerung verursacht, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird.
Die Antriebssteuerung 42 führt diese Routine nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne erneut aus. Auf die gleiche Weise wie vorstehend diskutiert bestimmt die Antriebssteuerung 42 zunächst, ob die gemessene Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt (Schritt S102). Nach Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To über der ersten Temperatur T1 liegt (NEIN in Schritt S102), identifiziert die Antriebssteuerung 42, ob der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 sich in der AN-Stellung oder der AUS-Stellung befindet (Schritt S104). Bei der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 (JA in Schritt S104) identifiziert die Antriebssteuerung 42 achfolgend, ob das Überprüfungswerkzeug 200 im AN-Zustand oder im AUS-Zustand ist (Schritt S106). In diesem Zustand identifiziert die Antriebssteuerung 42, dass das Überprüfungswerkzeug 200 im AUS-Zustand ist, da das Überprüfungswerkzeug 200 nicht angeschlossen ist (NEIN in Schritt S106), und bestimmt dann, ob die Umgebungstemperatur To niedriger ist, als die zweite Temperatur T2 (Schritt S110). Bei Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To niedriger ist als die zweite Temperatur T2 (JA in Schritt S110), fahrt das Verfahren mit Schritt S108 fort, wo die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus aktiviert, und beendet die Routine.
Bei Feststellung in Schritt S110, dass die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, fährt das Verfahren mit Schritt S112 fort, wo die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus deaktiviert. In diesem Fall wird der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus sondern im normalen Antriebsmodus betrieben. Wenn nämlich die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, darf der Brennstoffzellenstapel 20 selbst bei der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden.
Bei der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 in Schritt S104 deaktiviert die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus ebenfalls (Schritt S112). In diesem Fall wird der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus sondern im normalen Antriebsmodus betrieben.
3 ist eine Tabelle, welche die Erfordernisse zur Aktivierung und Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt, die durch Kombinationen von drei Bedingungen bestimmt werden: dem AN-Zustand und dem AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200; der AN-Stellung und der AUS-Stellung des Überflutungs- Beseitigungs-Schalters 58; und der Umgebungstemperatur To. In dieser Tabelle stellt das Symbol „O” das Erfordernis zur Aktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus dar, und das Symbol „X” stellt das Erfordernis zur Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus dar.
Bei wie vorstehend beschrieben fehlender Verbindung zu dem Überprüfungswerkzeug 200 wird, wie in 3 gezeigt, wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben (das Erfordernis zur Aktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus ist gegeben), unabhängig von der AN-Stellung oder AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58. Wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der zweiten Temperatur T2 liegt, wird verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird (das Erfordernis zur Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus ist gegeben), unabhängig von der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58. Wenn die Umgebungstemperatur To das Verhältnis T1 < To < T2 erfüllt (wobei T1 die erste Temperatur ist, To die Umgebungstemperatur ist, und T2 die zweite Temperatur ist), wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt.
Wie vorstehend erklärt, ist der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 am Armaturenbrett des Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 vorgesehen und kann vom Fahrer betätigt werden. Bei der Temperaturbedingung T1 < To < T2 (wobei T1 die erste Temperatur ist, To die Umgebungstemperatur ist, und T2 die zweite Temperatur ist), wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus in Reaktion auf eine Anforderung durch den Fahrer bestimmt. Bei dieser Ausführungsform verhindert die Software-basierte Steuerung ungeachtet der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58, dass der Brennstoffzellenstapel im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird, wenn die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt. In einer Abwandlung kann die Betätigung de Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 auf mechanische Weise unterbunden werden, wenn die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt.
Der Verfahrensablauf der Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zum Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie vorstehend angeführt, ist zum Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20 das Überprüfungswerkzeug 200 mit den Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 59 verbunden und ist eingeschalten (AN).
Auf die gleiche Weise wie in dem vorstehend beschrieben Verfahrensablauf stellt die Antriebssteuerung 42 zunächst fest, ob die Temperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt (Schritt S102). Bei Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, aktiviert die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus (Schritt S108) und beendet die Routine. Nach Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To andererseits über der ersten Temperatur T1 liegt, identifiziert die Antriebssteuerung 42 die AN-Stellung oder die AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 (Schritt S104). Bei der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 (JA in Schritt S104), identifiziert die Antriebssteuerung 42 nachfolgend den AN-Zustand oder den AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200 (Schritt S106). In diesem Zustand fährt das Verfahren mit Schritt S108 fort, da das Überprüfungswerkzeug 200 im AN-Zustand ist (JA in Schritt S106), und die Antriebssteuerung 42 aktiviert den Überflutungs-Beseitigungs-Modus. Diese Steuerung verursacht, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird.
Wie in 3 dargestellt, wird, bei dem AN-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200 der Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 aktiviert, unabhängig von der Umgebungstemperatur To. Bei der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 wird andererseits der Überflutungs-Beseitigungs-Modus nur aktiviert, wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt.
A4. Auswirkungen der Ausführungsform
Wie vorstehend erläutert, wird, bei von dem Überprüfungswerkzeug 200 getrenntem Zustand oder normalem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 100, das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der Umgebungstemperatur bestimmt. Wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, wird der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben. Wenn die Umgebungstemperatur To über der ersten Temperatur T1 jedoch unter der zweiten Temperatur T2 liegt, wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des vom Fahrer betätigten Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt. Wenn die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, wird verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird.
Beim normalen Betriebszustand wird, bei einer niedrigen Umgebungstemperatur, der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben. Diese Steuerung beseitigt den Überflutungszustand und verhindert effektiv eine Verschlechterung der Antriebsleistung des Brennstoffzellenstapels 20. Bei einer hohen Umgebungstemperatur wird andererseits verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird. Diese Steuerung verhindert effektiv einen zu hohen Kraftstoffverbrauch.
Zum Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20 wird der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung es Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 betrieben, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Die Betätigung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 durch den Prüfer verursacht nämlich, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird. So wird der Brennstoffzellenstapel 20, beispielsweise bei der Suche nach einem Fehler, der im Brennstoffzellenstapel 20 aufgetreten ist, selbst dann im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wenn die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt. Dieses Vorgehen beseitigt den Überflutungszustand der den Fehler auslösen kann, und erleichtert so das Auffinden der echten Fehlerursache.
B. Zweite Ausführungsform
Ein Brennstoffzellensystem einer zweiten Ausführungsform ist auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform am Brennstoffzellenfahrzeug 1000 angebracht. Das Brennstoffzellensystem der zweiten Ausführungsform weist, bis auf eine von der ECU 40 ausgeführte, unterschiedliche Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine, die gleiche Konstruktion auf, wie das Brennstoffzellensystem der ersten Ausführungsform. Gleiche Bestandteile wie jene der ersten Ausführungsform werden daher mit gleichen Bezugszeichen dargestellt und hier nicht mehr gesondert beschrieben.
B1. Arbeitsweise der Ausführungsform
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zeigt, die in der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. Bei der zweiten Ausführungsform verbindet, wie in der ersten Ausführungsform, der Prüfer zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellenstapels 20 das Überprüfungswerkzeug 200 mit den Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 59 über ein Verbindungskabel, schaltet das Überprüfungswerkzeug 200 ein (AN) und startet das Brennstoffzellensystem 100. In Reaktion auf den Empfang eines Einschaltsignals vom Überprüfungswerkzeug 200 identifiziert die ECU 40 die Eingabe einer Überprüfungsanweisung. Der Verfahrensablauf der Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine bei von dem Überprüfungswerkzeug 200 getrenntem Zustand oder bei normalem Antriebszustand des Brennstoffzellenfahrzeugs 1000 wird unter Bezugnahme auf 5 erklärt.
Die Antriebssteuerung 42 identifiziert zuerst, ob das Überprüfungswerkzeug 200 im AN-Zustand oder im AUS-Zustand ist (Schritt U102). In diesem Zustand identifiziert die Antriebssteuerung 42, da das Überprüfungswerkzeug 200 nicht verbunden ist, den AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs (NEIN in Schritt U102). Die Antriebssteuerung bestimmt dann, ob die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt (Schritt U108). Die in der zweiten Ausführungsform verwendete erste Temperatur T1 und zweite Temperatur T2 werden vorab eingestellt und sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch.
Wenn die durch den Umgebungstemperatursensor 57 gemessene Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt (JA in Schritt U108), aktiviert die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus (Schritt U106) und beendet die Routine. Diese Steuerung verursacht, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird.
Die Antriebssteuerung 42 führt diese Routine nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne erneut aus. Auf die gleiche Weise wie vorstehend diskutiert führt die Antriebssteuerung 42 nachfolgend den Prozess aus Schritt U102 und den Prozess aus Schritt U108 aus. Bei Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To über der ersten Temperatur T1 liegt (NEIN in Schritt U108), bestimmt die Antriebssteuerung 42 anschließend, ob die Umgebungstemperatur To unter der zweiten Temperatur T2 liegt (Schritt U110). Bei Feststellung, dass die Umgebungstemperatur To unter der zweiten Temperatur T2 liegt (JA in Schritt U110), identifiziert die Antriebssteuerung 42 ob der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 sich in der AN-Stellung oder der AUS-Stellung befindet (Schritt U112). Bei der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 (JA in Schritt U112) fährt das Verfahren mit Schritt U106 fort, und die Antriebssteuerung 42 aktiviert den Überflutungs-Beseitigungs-Modus des Brennstoffzellenstapels 20 und beendet die Routine.
Bei der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 in Schritt U112 deaktiviert die Antriebssteuerung 42 den Überflutungs-Beseitigungs-Modus (Schritt U114). In diesem Fall kann der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden sondern wird im normalen Betriebsmodus betrieben. Wenn nämlich die Umgebungstemperatur To bei AUS- Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 das Verhältnis T1 < To < T2 erfüllt (wobei T1 die erste Temperatur ist, To die Umgebungstemperatur ist, und T2 die zweite Temperatur ist), wird der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben.
Bei Feststellung in Schritt U110, dass die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, fährt das Verfahren mit Schritt U114 fort und die Antriebssteuerung 42 deaktiviert den Überflutungs-Beseitigungs-Modus. Wenn nämlich die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, kann der Brennstoffzellenstapel 20 unabhängig von der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden.
6 ist eine Tabelle, welche die Erfordernisse zur Aktivierung und Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus zeigt, die durch Kombinationen der drei Bedingungen bestimmt wird: der AN-Zustand und der AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200; der AN-Stellung und der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58; und der Umgebungstemperatur To. Im Zustand einer wie vorstehend beschrieben fehlenden Verbindung zum Überprüfungswerkzeug 200 wird, wie in 6 gezeigt, wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben (das Erfordernis zur Aktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus ist gegeben), unabhängig von der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58. Wenn die Umgebungstemperatur To nicht unter der zweiten Temperatur T2 liegt, wird verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird (das Erfordernis zur Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus ist gegeben), unabhängig von der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58. Wenn die Umgebungstemperatur To die Beziehung T1 < To < T2 erfüllt (wobei T1 die erste Temperatur ist, To die Umgebungstemperatur ist, und T2 die zweite Temperatur ist), wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt. Im AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200 wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus auf die gleiche Weise bestimmt wie vorstehend in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform diskutiert.
Der Verfahrensablauf der Überflutungs-Beseitigungs-Steuerroutine zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellenstapels 20 wird unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Wie vorstehend angeführt, wird, zum Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20, das Überprüfungswerkzeug 200 mit den Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 59 verbunden und eingeschalten (AN).
Auf die gleiche Weise wie bei den vorgenannten Verfahrensschritten, identifiziert die Antriebssteuerung 42 zunächst, ob das Überprüfungswerkzeug 200 im AN-Zustand oder im AUS-Zustand ist (Schritt U102). In diesem Zustand identifiziert die Antriebssteuerung 42, da das Überprüfungswerkzeug 200 im AN-Zustand ist (JA in Schritt U102) nachfolgend, ob der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 in der AN-Stellung oder der AUS-Stellung ist (Schritt U104). Bei der AN-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 (JA in Schritt U104), fährt das Verfahren mit Schritt U106 fort, und die Antriebssteuerung 42 aktiviert den Überflutungs-Beseitigungs-Modus. Diese Steuerung verursacht, dass der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben wird. Bei der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 in Schritt U104 fährt das Verfahren mit Schritt U114 fort und die Antriebssteuerung 42 deaktiviert den Überflutungs-Beseitigungs-Modus. In diesem Fall wird der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben sondern im normalen Antriebsmodus.
Wie in 6 gezeigt, wird, im AN-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200, das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus unabhängig von der Umgebungstemperatur To entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt. Bei der ersten Ausführungsform wird, zum Überprüfungszeitpunkt, der Überflutungs-Beseitigungs-Modus aktiviert wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, selbst wenn der Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 sich in der AUS-Stellung befindet. Wenn nämlich die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, ist das Erfordernis zur Aktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus gegeben, unabhängig vom AN-Zustand oder AUS-Zustand des Überprüfungswerkzeugs. Bei der zweiten Ausführungsform wird andererseits, zum Überprüfungszeitpunkt, das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt, unabhängig von der Umgebungstemperatur. So wird nämlich, selbst wenn die Umgebungstemperatur To nicht über der ersten Temperatur T1 liegt, bei AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 der Brennstoffzellenstapel 20 nicht im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben.
B2. Auswirkungen der Ausführungsform
Wie vorstehend beschrieben wird, im Zustand einer fehlenden Verbindung zum Überprüfungswerkzeug 200 oder bei normalem Antriebszustand des Brennstoffzellensystems bei der zweiten Ausführungsform, das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der Umgebungstemperatur in der gleichen Weise bestimmt, wie bei der ersten Ausführungsform. Zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellenstapels 20 jedoch, wird das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus andererseits entsprechend der AN-Stellung oder der AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Die Konfiguration der zweiten Ausführungsform erzielt ähnliche Effekte wie die der ersten Ausführungsform.
C. Weitere Aspekte
Die vorstehend diskutierten Ausführungsformen und deren Anwendungen sind in jeglicher Hinsicht illustrativ und nicht beschränkend. Es können zahlreiche Modifikationen, Veränderungen und Abweichungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang und Geist der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Einige Beispiele für mögliche Modifikationen werden nachfolgend aufgelistet.

(1) Bei der vorstehend diskutierten zweiten Ausführungsform wird, im AN-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200, das Erfordernis zur Aktivierung oder Deaktivierung des Überflutungs-Beseitigungs-Modus entsprechend der AN-Stellung oder AUS-Stellung des Überflutungs-Beseitigungs-Schalters 58 bestimmt, unabhängig von der Umgebungstemperatur To. Gemäß einer Abwandlung kann, bei bestehender Verbindung zum Überprüfungswerkzeug 200, der Überflutungs-Beseitigungs-Modus permanent aktiviert sein. Bei dieser modifizierten Konfiguration wird, zum Überprüfungszeitpunkt des Brennstoffzellenstapels 20, der Brennstoffzellenstapel 20 im Überflutungs-Beseitigungs-Modus unabhängig von der Umgebungstemperatur betrieben. Dieses modifizierte Verfahren beseitigt ebenfalls den Überflutungszustand, der einen im Brennstoffzellenstapel 20 auftretenden Fehler auslösen kann, und erleichtert dadurch das Auffinden der echten Fehlerursache.
(2) Bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen identifiziert die Antriebssteuerung 42, beim AN-Zustand des Überprüfungswerkzeugs 200, den Eingang der Überprüfungsanweisung. Die Überprüfungsanweisung kann durch jede andere geeignete Methode in die Antriebssteuerung 42 eingegeben werden. Gemäß einer modifizierten Anordnung kann ein Überprüfungsschalter im Armaturenbrett vorgesehen sein. In Reaktion auf die AN-Betätigung des Überprüfungsschalters durch den Prüfer kann die Überprüfungsanweisung in die Antriebssteuerung 42 eingegeben werden.
(3) Bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen nutzt die Antriebssteuerung 42 das Erfassungssignal des Umgebungstemperatursensors 57, um den Wert der Umgebungstemperatur festzustellen. Die Umgebungstemperatur kann durch eine von anderen Methoden erhalten werden. Ein modifiziertes Verfahren kann die Temperatur an einem Zufuhreinlass eines Luftmengenmessers (nicht dargestellt), der zum Regeln der dem Brennstoffzellenstapel 20 zugeführten Luft verwendet wird, messen und die gemessene Temperatur als Umgebungstemperatur einstellen.
(4) Bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen umfasst der Überflutungs-Beseitigungs-Modus die Temperatur-Erhöhungs-Steuerung, die Wärmeerhaltungs-Steuerung, die Wassergehalt-Steuerung und den Spülprozess. Der Überflutungs-Beseitigungs-Modus ist jedoch nicht auf diese Reihe von Verarbeitungsschritten beschränkt. Beispielsweise kann der Überflutungs-Beseitigungs-Modus nur einen dieser Verarbeitungsschritte enthalten oder andere bzw. unterschiedliche Verarbeitungsschritte aufweisen. Jedweder Verarbeitungsschritt ist nicht auf die mit Bezug auf die Ausführungsform diskutierten Elemente beschränkt sondern kann jedwedes Element umfassen, so lange der Überflutungszustand beseitigt werden kann.
(5) Bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen wird das Überprüfungswerkzeug 200 zur Überprüfung des Brennstoffzellenstapels 20 verwendet. Das Überprüfungswerkzeug 200 kann derart konstruiert sein, um nicht nur den Brennstoffzellenstapel 20 zu überprüfen, sondern auch diverse Systeme, die zu dem Brennstoffzellenfahrzeug 1000 gehören. Im Fall unterschiedlicher Überprüfungsschritte mit dem Überprüfungswerkzeug 200 gemäß der Abwandlung kann der Prüfer den Überflutungs-Beseitigungs-Schalter 58 betätigen, um den Überflutungs-Beseitigungs-Modus gemäß den Erfordernissen zu aktivieren.
(6) Die vorstehenden Ausführungsformen beschreiben die Anwendung der Erfindung in einem Brennstoffzellensystem 100, das an einem Brennstoffzellenfahrzeug 1000 angebracht ist. Das Prinzip der Erfindung kann auch auf ein Brennstoffzellensystem angewandt werden, das an anderen beweglichen Körpern angebracht ist, beispielsweise einem Flugzeug, Zügen, Booten und Schiffen, sowie auf stationären Brennstoffzellensysteme.

Zusammenfassung
Brennstoffzellensystem
Ein Brennstoffzellensystem hat einen Überflutungs-Beseitigungs-Modus als einen von verfügbaren Betriebsmodi für Brennstoffzellen und umfasst eine Antriebssteuerung. Wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems nicht über einer ersten vorgegebenen Temperatur liegt, verursacht die Antriebssteuerung, dass die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden. Wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems nicht unter einer vorgegebenen zweiten Temperatur liegt, die höher ist, als die erste Temperatur, verhindert die Antriebssteuerung, dass die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden. Im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen verursacht die Antriebssteuerung, dass die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden. Diese Anordnung verbessert effektiv die Anwenderfreundlichkeit zum Zeitpunkt der Überprüfung des Brennstoffzellensystems mit dem Betriebsmodus zum Beseitigen eines Überflutungszustands.
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 2005-108832 [0003]
- JP 2005-317211 [0003]
- JP 2007-95655 [0003]
- JP 2006-79864 [0003]

Claims

Brennstoffzellensystem mit einem Überflutungs-Beseitigungs-Modus als einen von für Brennstoffzellen verfügbaren Betriebsmodi, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Antriebssteuerung, die derart konfiguriert ist, um, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder niedriger ist als eine vorgegebene erste Temperatur, die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus zu betreiben, und um, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder höher ist als eine vorgegebene zweite Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, zu verhindern, dass die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betrieben werden, wobei, im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen, die Antriebssteuerung die Brennstoffzellen unabhängig von der Umgebungstemperatur im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem ferner eine Eingabevorrichtung umfasst, und wobei, unter einer Bedingung, dass die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems höher ist als die erste Temperatur, aber niedriger ist als die zweite Temperatur, die Antriebssteuerung die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt, wenn eine Antriebsanweisung zum Antreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus über die Eingabevorrichtung eingegeben wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei, im Fall einer empfangenen Überprüfungsanweisung für die Brennstoffzellen, die Antriebssteuerung unabhängig von der Umgebungstemperatur die Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus betreibt, wenn die Antriebsanweisung zum Antreiben der Brennstoffzellen im Überflutungs-Beseitigungs-Modus über die Eingabevorrichtung eingegeben wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antriebssteuerung in Reaktion auf einen Anschluss einer Überprüfungsvorrichtung an das Brennstoffzellensystem die Eingabe der Überprüfungsanweisung identifiziert.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Überflutungs-Beseitigungs-Modus einen Betriebsmodus darstellt, bei dem zumindest einer der folgenden Verfahrensschritte ausgeführt wird: ein Wärmeerhaltungsprozess, um eine Innentemperatur der Brennstoffzellen während des Betriebs der Brennstoffzellen auf einem vorgegebenen Temperaturwert zu halten; einen Wassergehalt-Steuerprozess, um einen Wassergehalt in Elektrolytmembranen, die in den Brennstoffzellen enthalten sind, während des Betriebs der Brennstoffzellen zu regulieren; und einen Spülprozess, um in den Brennstoffzellen während eines Stoppzustandes der Brennstoffzellen erzeugtes Wasser zu entfernen.