DE112008002872T5 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem, aufweisend:
eine Brennstoffzelle;
einen Wasserbehälter der konfiguriert ist, Wasser zu sammeln, das von der Brennstoffzelle ausgelassen wird; und
einen Zustandsbestimmer der konfiguriert ist, einen Zustand des Wasserbehälters, basierend auf einem Zustand der Brennstoffzelle, zu bestimmen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem einschließlich einer Brennstoffzelle
  • Stand der Technik
  • In einem Brennstoffzellensystem, das mit einem Wasserbehälter zum Ansammeln von Wasser, das von Brennstoffzellen ausgelassen wird, ausgestattet ist, stellt eine vorgeschlagene Struktur einen Temperatursensor im Wasserbehälter bereit, um den Zustand des Wasserbehälters zu ermitteln.
  • Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung des Brennstoffzellensystems unterlag einer starken Nachfrage, um eine kompakte Montage auf einem Fahrzeug oder einem anderen equivalenten bewegenden Körper zu gewährleisten. Daher ist es erforderlich, eine Technik zum Ermitteln des Zustandes des Wasserbehälters zu entwickeln, ohne dabei den Temperatursensor im Brennstoffzellensystem zu verwenden.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Durch Betrachten des obenstehend diskutierten Problems des Standes der Technik wäre daher eine Nachfrage für Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung eines Brennstoffzellensystems, das mit einem Wasserbehälter ausgestattet ist, gegeben.
  • Um mindestens einen Teil der obenstehend erwähnten Nachfrage und die anderen relevanten Nachfragen zu erreichen, richtet sich ein erster Aspekt der Erfindung an ein Brennstoffzellensystem, mit: einer Brennstoffzelle; einem Wasserbehälter konfiguriert um Wasser anzusammeln, das aus der Brennstoffzelle ausgelassen wird; und einem Zustandsbestimmer, konfiguriert zum Bestimmen eines Zustandes des Wasserbehälters, basierend auf einem Zustand der Brennstoffzelle.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß des ersten Aspekts der Erfindung bestimmt den Zustand des Wasserbehälters ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen. Diese Anordnung gewährleistet eine Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung des Brennstoffzellensystems.
  • Im Brennstoffzellensystem gemäß des ersten Aspekts der Erfindung bestimmt der Zustandsbestimmer, basierend auf einem Innenwiderstandswert der Brennstoffzelle, das Vorhandensein oder das Fehlen des Wassers, das im Wasserbehälter angesammelt ist. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand des im Wasserbehälter angesammelten Wassers, ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • Im Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts der Erfindung bestimmt der Zustandsbestimmer basierend auf dem Innenwiderstandswert der Brennstoffzelle das Vorhandensein oder das Fehlen des Wassers, das im Wasserbehälter angesammelt ist, zum Zeitpunkt der vorherigen Beendigung der Leistungserzeugung. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand der Wasseransammlung basierend auf dem Innenwiderstandswert zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle, ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • Das Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts besitzt weiterhin einen Kühlmitteldurchflussweg, um den Durchfluss eines Kühlmittels zu gewährleisten, das zum Herunterkühlen der Brennstoffzelle genutzt wird. Nach Bestimmung des Vorhandenseins des im Wasserbehälter angesammelten Wassers bestimmt der Zustandsbestimmer einen Zustand des Wassers basierend auf einer Kühlmitteltemperatur im Kühlmitteldurchflussweg. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand des Wassers im Wasserbehälter ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • Im Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts der Erfindung, weist der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung auf. Der Wasserbehälter befindet sich im Kühlmitteldurchflussweg zwischen einer höheren und einer niedrigeren Position und ist in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet. In einem Durchfluss-Stopp-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor Leistungserzeugunsbeginn durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg höher ist als ein vorgegebener erster Referenzwert, bestimmt der Zustandsbestimmer den Zustand des Wassers in einem nicht sehr kalten, flüssigen Zustand. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand des Wassers im Wasserbehälter, ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • In einer anderen bevorzugten Applikation des Brennstoffzellensystems des ersten Aspekts der Erfindung weist der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung auf. Der Wasserbehälter befindet sich im Kühlmitteldurchflussweg zwischen einer höheren und einer niedrigeren Position und ist in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet. In einem Durchfluss-Stopp-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor Leistungserzeugunsbeginn durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener zweiter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg höher ist als ein vorgegebener dritter Referenzwert, der niedriger ist als der zweite Referenzwert, bestimmt der Zustandsbestimmer den Zustand des Wassers in einem sehr kalten Zustand. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand des Wassers im Wasserbehälter, ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • Im ersten Aspekt der Erfindung weist das Brennstoffzellensystem weiter auf ein Abgasventil, angeordnet um das Wasser von dem Wasserbehälter auszulassen; und eine Ventilsteuerung, die konfiguriert ist, die Öffnen-Schließen Steuerung des Abgasventils durchzuführen. Nach der Bestimmung des Zustandes des Wassers im sehr kalten Zustand durch den Zustandsbestimmer verbietet die Ventilsteuerung eine Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasventils bis eine vorbestimmte Bedingung erreicht ist. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung verhindert effektiv, dass das sehr kalte Wasser, das im Wasserbehälter angesammelt ist, im Durchfluss zum Abgasventil einfriert und verhindert somit, dass das Abgasventil nicht mehr kontrollierbar ist.
  • In noch einer anderen bevorzugten Applikation des Brennstoffzellensystems des ersten Aspekts der Erfindung weist der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung auf. Der Wasserbehälter befindet sich zwischen einer höheren Position und einer niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg und ist in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet. In einem Durchfluss-Stopp-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener vierter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener fünfter Referenzwert, der niedriger ist als der vierte Referenzwert, bestimmt der Zustandsbestimmer den Zustand des Wassers in einem gefrorenen Zustand. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung bestimmt den Zustand des Wassers im Wasserbehälter, ohne einen im Wasserbehälter bereitgestellten Temperatursensor zu benötigen.
  • Im Brennstoffzellensystem gemäß des ersten Aspekts der Erfindung weist der Wasserbehälter ein Abgasventil auf, das angeordnet ist, um das Wasser von dem Wasserbehälter auszulassen. Das Brennstoffzellensystem dieser Ausführungsform besitzt weiter: einen Kühlmitteldurchflussweg, angeordnet um einen Durchfluss eines Kühlmittels zu schaffen das zum Abkühlen der Brennstoffzelle genutzt wird; einen Ventiltemperaturbestimmer, konfiguriert um eine Abgasventiltemperatur zu bestimmen; und eine Ventiltemperaturspeichereinheit, konfiguriert um die Abgasventiltemperatur zu speichern, die durch den Ventiltemperaturbestimmer bestimmt wird. Der Ventiltemperaturbestimmer erfasst die Kühlmitteltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle und bestimmt eine niedrigere Temperatur zwischen der erfassten Kühlmitteltemperatur und der Abgasventiltemperatur, welche in der Ventiltemperaturspeichereinheit zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung als die Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung gespeichert wurde. Bei einem Neustart der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle kurz nach der Beendigung der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur nicht niedriger ist als ein vorgegebener Referenzwert, aber die tatsächliche Abgasventiltemperatur nicht niedriger ist als der vorgegebene Referenzwert, wird die Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle als aktuelle Abgasventiltemperatur bestimmt. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung verhindert effektiv, dass die Abgasventiltemperatur fehlerhafter Weise festgelegt wird, nicht niedriger als der vorgegebene Referenzwert zu sein und verhindert eine inkorrekte Identifikation des Potentials zum Einfrieren des Abgasventils und verhindert somit, dass das Abgasventil nicht mehr kontrollierbar ist.
  • Im Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts der Erfindung erfasst der Ventiltemperaturbestimmer die Kühlmitteltemperatur und bestimmt, basierend auf der erfassten Kühlmitteltemperatur und einem vorherigen Bestimmungswert der Abgasventiltemperatur, die Abgasventiltemperatur zum Leistungserzeugungsbeginn durch die Brennstoffzelle neu. Das Brennstoffzellensystem dieser Applikation gewährleistet eine genaue Bestimmung der Abgasventiltemperatur.
  • Im Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts der Erfindung identifiziert der Ventiltemperaturbestimmer ein Potential bzw. kein Potential zum Einfrieren des Abgasventils, basierend auf der bestimmten Abgasventiltemperatur. Das Brennstoffzellensystem dieser Applikation gewährleistet eine genaue Identifikation von Potential bzw. von keinem Potential zum Einfrieren des Abgasventils.
  • Das Brennstoffzellensystem des ersten Aspekts der Erfindung weist weiter eine Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit auf. Nach Identifikation eines Potentials zum Einfrieren des Abgasventils speichert der Ventiltemperaturbestimmer Einfrierpotentialinformationen, die das Potential zum Einfrieren des Abgasventils repräsentiert, in die Abgasventileinfrierspeichereinheit. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung identifiziert unverzüglich die Erlaubnis oder die Verweigerung für die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasventils.
  • In einer anderen bevorzugten Applikation der Erfindung weist das Brennstoffzellensystem der obenstehenden Applikation weiter eine Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit auf. Nach Identifikation von keinem Potential zum Einfrieren des Abgasventils speichert der Ventiltemperaturbestimmer Einfrierpotentialabbruchinformationen, die im Wesentlichen kein Potential zum Einfrieren des Abgasventils repräsentieren, in die Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung identifiziert unverzüglich die Erlaubnis oder die Verweigerung für die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasventils.
  • Im Brennstoffzellensystem gemäß des ersten Aspekts der Erfindung, kann der Kühlmitteldurchflussweg in oder in Nähe der Brennstoffzelle ausgebildet sein. Dieser Aufbau verursacht eine Temperaturverteilung des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg um schnell auf eine Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle reagieren zu können und somit, basierend auf der Kühlmitteltemperatur, eine genaue Bestimmung des Zustands des Wassers im Wasserbehälter gewährleisten zu können.
  • Die Technik der Erfindung beschränkt sich nicht auf das Brennstoffzellensystem mit den Anordnungen welche obenstehend diskutiert wurden, sondern kann auch durch eine Vielfalt anderer Vorrichtungsapplikationen realisiert werden, einschließlich einer Steueschaltung des Brennstoffzellensystems und eines Fahrzeugs, dass mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, als auch durch eine Vielfalt von Verfahrensapplikationen einschließlich einem Steuerverfahren des Brennstoffzellensystems. Andere Applikationen der Erfindung enthalten Computerprogramme die konfiguriert sind, irgend eine der Vorrichtungsapplikationen zu gestalten und Verfahrensapplikationen, die Medien aufzuzeichnen, in welchen solche Computerprogramme aufgezeichnet sind, und Datensignale, die konfiguriert sind, solche Computerprogramme zu enthalten und in Trägerwellen verkörpert bzw. eingespeist sind.
  • In der Applikation der Erfindung als das Computerprogramm oder als das Aufzeichnungsmedium, in welchem das Computerprogramm aufgezeichnet ist, kann die Erfindung als das ganze Operationssteuerungsprogramm des Brennstoffzellensystems oder eine andere Vorrichtungs- oder Verfahrensapplikation, oder nur als kennzeichnender Teil des Programms, welcher die Funktionen der Erfindung realisiert, ausgestaltetet sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems in einer ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
  • 2 zeigt eine Vorderansicht, die eine Endplatte darstellt, die an einem Seitenende eines Brennstoffzellenstapels bereitgestellt wird;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das die Ablaufroutine einer Wasserzustandbestimmung, die im Brennstoffzellensystem der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird, darstellt;
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ablaufroutine einer Abgasdrainageventiltemperaturbestimmung darstellt, die im Brennstoffzellensystem der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird; und
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Ablaufdiagramms im Ablauf einer Abgasdrainageventiltemperaturbestimmung.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM DARSTELLEN DER ERFINDUNG
  • Manche Ausführungsformen zum Darstellen der Erfindung sind untenstehend als bevorzugte Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • A. Erste Ausführungsform
  • A1. Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 1000
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 1000 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert. Die Richtung eines Pfeils in 1 ist als x Richtung definiert. Das Brennstoffzellensystem 1000 der Ausführungsform enthält hauptsächlich eine Brennstoffzelle (einen Brennstoffzellenstapel) 100, einen Wasserstofftank 200, einen Kompressor 230, eine Steuerschaltung 400, eine Kühlmittelzirkulationspumpe 500, Temperatursensoren 520 und 530, einen Kühler 550, einen Gas-Flüssigkeit-Separator 600, ein Abgasdrainageventil 610, eine Wasserstoffzirkulationspumpe 250, ein Wasserstoffabschaltventil 210 und eine Widerstandsmessvorrichtung 900.
  • Der Brennstoffzellenstapel 100 besitzt relativ kleine Polymer-Elektrolyt Brennstoffzellen mit hoher Leistungserzeugungseffizienz. Der Brennstoffzellenstapel 100 enthält eine Mehrzahl an Brennstoffzellen 20, Endplatten 300A und 300B, Spannungsplatten 310, Isolatoren 330A und 330B und Anschlüsse 340A und 340B. Im Brennstoffzellenstapel 100 sind die Endplatte 300A, der Isolator 330A, der Anschluss 340A, die mehrfachen Brennstoffzellen 20, der Anschluss bzw. das Terminal 340B, der Isolator 330B und die Endplatte 300B in dieser Reihenfolge gestapelt. Die Spannungsplatten 310 sind mit den jeweiligen Endplatten 300 mit Bolzen 320 verbunden, so dass die mehrfachen Brennstoffzellen 20 in Stapelrichtung durch eine vorgegebene Kraft befestigt sind.
  • Jede Brennstoffzelle 20 besitzt eine Membranelektrodenbaugruppe (nicht dargestellt), einen Anodenseparator (nicht dargestellt) und einen Kathodenseparator (nicht dargestellt). Die Membranelektrodenbaugruppe besitzt eine Elektrolytmembran (nicht dargestellt), eine Kathode (nicht dargestellt) und eine Anode (nicht dargestellt) als Elektroden und Gasdiffusionsschichten (nicht dargestellt). Die Elektrolytmembran, die mit der Kathode und der Anode auf den entsprechenden Seiten ausgebildet ist, ist zwischen den Gasdiffusionsschichten platziert um die Membranelektrolytbaugruppe zu gestalten. Die Brennstoffzelle 20 ist durch ein weiteres Einfügen der Membranelektrolytbaugruppe zwischen dem Anodenseparator und dem Kathodenseparator konstruiert.
  • Der Wasserstofftank 200 ist ein Hochdruckwasserstoffgasbehälter und mit dem Brennstoffzellenstapel 100 (genauer, mit einem Brenngaszuführrohr, das später erklärt wird) über eine Brenngaszuführleitung 204 verbunden. Das Wasserstoffabschaltventil 210 und ein Regler (nicht dargestellt) sind in dieser Reihenfolge, von der Seite des Wasserstofftanks 200, an der Brenngaszuführleitung 204 bereitgestellt. In offener Position des Wasserstoffabschaltventils 210 wird Wasserstoffgas als ein Brenngas in den Brennstoffzellenstapel 100 eingespeist. Ein System zum Aufbereiten von Wasserstoff durch eine Reformierungsreaktion eines vorbestimmten Materials, zum Beispiel eines Alkohols, eines Kohlenwasserstoffs, eines Aldehyds und Zuführen des aufbereiteten Wasserstoffs zu den Anoden der Brennstoffzellen kann anstelle des Wasserstofftanks 200 bereitgestellt werden.
  • Der Kompressor 230 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 100 (genauer, mit einem Oxidationsgaszuführrohr, das später erklärt wird) über eine Oxidationsgaszuführleitung 234 verbunden. Der Kompressor 230 komprimiert die Luft und führt die komprimierte Luft als ein Oxidationsgas den Kathoden der Brennstoffzelle zu. Der Brennstoffzellenstapel 100 (genauer, ein Oxidationsgasabgasrohr, das später erklärt wird) ist ebenfalls mit einer Oxidationsgasabgasleitung 236 verbunden. Nach einer elektrochemischen Reaktion an den Kathoden fließt Abgas des Oxidationsgases durch die Oxidationsgasabgasleitung 236 und wird aus dem Brennstoffzellensystem 1000 ausgelassen.
  • 2 zeigt eine Vorderansicht, welche die Endplatte 300B darstellt, die an einem Seitenende des Brennstoffzellenstapels 100 bereitgestellt ist. Die Ansicht auf 2 zeigt die Endplatte 300B aus x Richtung gesehen von 1. Abwärts bzw. Aufwärts in 2 repräsentiert jeweils Abwärts und Aufwärts in vertikaler Richtung. Das Brennstoffzellensystem 1000 wird genauer mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
  • Der Brennstoffzellenstapel 100 enthält ein Brenngaszuführrohr MHI (siehe 2), ein Brenngasabgasrohr MHO (siehe 2), ein Oxidationsgaszuführrohr (nicht dargestellt), ein Oxidationsgasabgasrohr (nicht dargestellt) und ein Kühlmittelauslassrohr MLO (siehe 2). Das Brenngaszuführrohr MHI ist angeordnet, das Brenngas den entsprechenden Brennstoffzellen 20 zuzuführen. Das Brenngasabgasrohr MHO ist angeordnet, Abgas des Brenngases von den entsprechenden Brennstoffzellen 20 aufzunehmen und das Brenngasabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 100 auszulassen. Das Oxidationsgaszuführrohr ist angeordnet, das Oxidationsgas den entsprechenden Brennstoffzellen 20 zuzuführen. Das Oxidationsgasabgasrohr ist angeordnet, das Abgas des Oxidationsgases von den entsprechenden Brennstoffzellen 20 aufzunehmen und das Oxidationsgasabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 100 abzulassen. Das Kühlmittelzuführrohr MLI ist angeordnet, um Kühlmittel zwischen entsprechende Paare aneinanderliegender Brennstoffzellen 20 zu führen. Eine externe Verbindungsstelle des Kühlmittelzuführrohrs MLI (kann nachstehend als Kühlmitteleinlass bezeichnet werden) ist in einer niedrigeren Position in vertikaler Richtung in dem Brennstoffzellenstapel 100 geöffnet. Eine externe Verbindungsstelle des Kühlmittelauslassrohrs (kann nachstehend als Kühlmittelauslass bezeichnet werden) ist in einer oberen Position in vertikaler Richtung in dem Brennstoffzellenstapel 100 geöffnet. Typischer Weise ist das Kühlmittel Wasser oder eine flüssige Mischung aus Wasser und Ethylenglycol (Antifrostflüssigkeit).
  • Das Kühlmittelzuführrohr MLI (Kühlmitteleinlass) und das Kühlmittelauslassrohr MLO (Kühlmittelauslass) des Brennstoffzellenstapels 100 sind entsprechend mit einem Kühlmittelzirkulationskanal 510 verbunden. Das Kühlmittelzuführrohr MLI, das Kühlmittelauslassrohr MLO und der Kühlmittelzirkulationskanal 510 bilden einen Kühlmittelzirkulationsdurchflussweg aus.
  • Die Kühlmittelzirkulationspumpe 500 und der Kühler 550 werden im Kühlmittelzirkulationskanal 510 bereitgestellt. Der Kühler 550 kühlt das Kühlmittel herunter, welches durch die Hitze, die im Brennstoffzellenstapel 100 erzeugt wird, erwärmt wird. Die Kühlmittelzirkulationspumpe 500 führt das Kühlmittel, das durch den Kühler 550 heruntergekühlt wird, dem Brennstoffzellenstapel 100 zu. Diese Anordnung ermöglicht es, dass der Brennstoffzellenstapel 100 kontinuierlich durch das Kühlmittel heruntergekühlt wird.
  • Im Kühlmittelzirkulationsdurchflussweg befindet sich der Temperatursensor 520 am Kühlmitteleinlass und der Temperatursensor 530 am Kühlmittelauslass. Der Temperatursensor 530 wird genutzt, um eine Kühlmitteltemperatur [°C] in einer niedrigeren Position im Kühlmittelzirkulationsdurchflusweg (nachstehend als niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 bezeichnet) zu erfassen. Der Temperatursensor 530 wird genutzt um eine Kühlmitteltemperatur [°C] in einer höheren Position im Kühlmittelzirkulationsdurchflussweg (nachstehend als höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 bezeichnet) zu erfassen.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 600 ist mit dem Brenngasabgasrohr MHO des Brennstoffzellenstapels 100 über eine Brenngasabgasleitung 206 verbunden, wie in 2 dargestellt. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 600 enthält einen Kondensor 600A, der konfiguriert ist, den Wasserdampf der in dem Brenngasabgas enthalten ist, das aus dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgelassen wird, zu kondensieren, und einen Behälter 600B, der konfiguriert ist, das Kondenswasser, das durch den Kondensor 600A kondensiert wird, und das flüssige Wasser, das von dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgelassen wird, anzusammeln. In der nachstehenden Beschreibung wird das Wasser, das in dem Behälter 610B angesammelt wird, als „angesammeltes Wasser” bezeichnet. Wie in 2 dargestellt, befindet sich der Gas-Flüssigkeit-Separator 600 zwischen dem Kühlmitteleinlass (Kühlmittelauslassrohr MLO) und dem Kühlmittelauslass (Kühlmittelzuführrohr MLI) in vertikaler Richtung und ist angeordnet, seine Seitenfläche in Kontakt mit der Endplatte 300B des Brennstoffzellenstapels 100 zu bringen. Das Abgasdrainageventil 610 ist am Gas-Flüssigkeit-Separator 600 bereitgestellt. Das Abgasdrainageventil 610 ist mit einem Abgasdrainagedurchflussweg 620 verbunden. Während das Brennstoffzellensystem 1000 arbeitet ist das Abgasdrainageventil 610 regelmäßig geöffnet um das Brenngasabgas, das Unreinheiten (zum Beispiel Stickstoff) in erhöhter Konzentration nach einer elektrochemischen Reaktion an den Anoden enthält, und das angesammelte Wasser im Behälter 600B über die Brenngasabgasleitung 206, den Gas-Flüssigkeit-Separator 600, das Abgasdrainageventil 610 und den Abgasdrainagedurchflussweg 620 in regelmäßigen Intervallen aus dem Brennstoffzellensystem 1000 auszulassen.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 600 ist zudem mit der Brenngaszuführleitung 204 über eine Gaszirkulationspassage 207 verbunden, wie in 1 und 2 dargestellt. Die Wasserstoffzirkulationspumpe 250 ist in der Gaszirkulationspassage 207 bereitgestellt. Das Brenngasabgas, das von dem Brennstoffzellenstapel 100 (durch das Brenngasabgasrohr MHO) in den Gas-Flüssigkeit-Separator 600 ausgelassen wird, wird über die Gaszirkulationspassage 207 durch die Wasserstoffzirkulationspumpe 250 in die Brenngaszuführleitung 204 eingeführt. Das übrige Wasserstoffgas, das im Brenngasabgas enthalten ist, wird somit recycelt und als Brenngas zur Leistungserzeugung wiederverwendet. Eine Ionenaustauscheinheit kann an einer Verbindung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 und der Brenngasabgasleitung 206 bereitgestellt werden, um Ionen zu entfernen, die im flüssigen Wasser, das von dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgelassen wird, enthalten sind.
  • Die Widerstandsmessvorrichtung 900 ist mit den Anschlüssen 340A und 340B des Brennstoffzellenstapels 100 über eine Verkabelung 910 verbunden, um einen internen Widerstandswert des Brennstoffzellenstapels 100 (nachstehend als FC Widerstandswert bezeichnet) zu messen. Die Widerstandsmessvorrichtung 900 legt Wechselstrom einer vorgegebenen Frequenz an den Anschlüssen 340A und 340B an und misst eine Spannung zwischen den Anschlüssen 340A und 340B. Die Widerstandsmessvorrichtung 900 erfasst einen FC Brennstoffzellen-Widerstandswert basierend auf einem Phasenunterschied zwischen einer AC Komponente des angelegten elektrischen Stroms und einer AC Komponente der überwachten Spannung und den Frequenzen der AC Komponenten des angelegten elektrischen Stroms und der überwachten Spannung.
  • Die Elektrolytmembran jeder Brennstoffzelle 20 in dem Brennstoffzellenstapel 100 besitzt den Niedrigmembranwiderstand in nassem Zustand und den Hochmembranwiderstand in trockenem Zustand. In dem Brennstoffzellenstapel 100 führt die größere innere Wasseransammlung zu dem niedrigen FC Widerstandswert, während die kleinere innere Wasseransammlung zu dem höheren FC Widerstandswert führt. Der FC Widerstandwert wird somit als Indikation des Wasseransammlungszustandes in dem Brennstoffzellenstapels 100 betrachtet.
  • In dem Zustand, in dem keine Leistung durch den Brennstoffzellenstapel 100 erzeugt wird und die Kühlmittelzirkulationspumpe 500 stoppt, verursacht die Zirkulation des Kühlmittels eine Temperaturverteilung im Kühlmittelzirkulationsdurchflussweg, so dass die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 höher ist als die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1. Im Brennstoffzellenstapel 100 besitzt das Kühlmittel in dem Kühlmittelzuführrohr MLI und in dem Kühlmittelauslassrohr MLO den höheren Heizwert als jene in den anderen Komponenten. Demgemäß findet in dem Brennstoffzellenstapel 100 eine Temperaturverteilung entsprechend der Temperaturverteilung des Kühlmittelzuführrohrs MLI und des Kühlmittelauslassrohrs MLO statt. Wie vorher bereits erklärt, befindet sich der Gas-Flüssigkeit-Separator 600 zwischen dem Kühlmitteleinlass, in dem die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 erfasst wird, und dem Kühlmittelauslass, in dem die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 erfasst wird, und ist angeordnet, seine Seitenfläche in Kontakt mit der Endplatte 300B des Brennstoffzellenstapels 100 zu bringen. Die Temperatur des angesammelten Wassers in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 ist somit bestimmbar, ein Wert zwischen der höheren Position Kühlmitteltemperatur T2 und der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1 zu sein.
  • Die Steuerschaltung 400 ist als mikrocomputerbasierter Logikschaltkreis ausgebildet und enthält eine CPU (nicht dargestellt) die konfiguriert ist, verschiedene Berechnungen und Operationen gemäß vorgegebenen Steuerprogrammen auszuführen, ein ROM (nicht dargestellt) das konfiguriert ist, vorab Steuerprogramme und Steuerdaten zu speichern, die für die verschiedenen Berechnungen und Operationen, welche durch die CPU durchgeführt werden, benötigt werden, einen RAM 420, der konfiguriert ist, zeitweise verschiedenste Daten zu lesen und zu schreiben, die für die verschiedenen durch die CPU durchgeführten Berechnungen und Operationen benötigt werden, und einen Eingangs-Ausgangs Kanal (nicht dargestellt) der konfiguriert ist, verschiedenste Signale ein- und auszugeben. Die Steuerschaltung 400 steuert die Operationen des Wasserstoffabschaltventils 210, des Kompressors 230, der Wasserstoffzirkulationspumpe 250, der Kühlmittelzirkulationspumpe 500, des Abgasdrainageventils 610 und der Widerstandsmessvorrichtung 900 über Steuersignalleitungen (nicht dargestellt) die mit dem Eingans-Ausgangs Kanal verbunden sind und steuert somit das gesamte Brennstoffzellensystem 1000. Die Steuerschaltung 400 empfängt über Erfassungssignalleitungen (nicht dargestellt) auch Erfassungssignale und Messsignale von verschiedenen Sensoren einschließlich Temperatursensoren.
  • Die Steuerschaltung 400 besitzt die Funktion eines Zustandsbestimmers 410 um einen Wasserzustandbestimmungsprozess durchzuführen, der untenstehend beschrieben wird. Zum Zeitpunkt der Beendigung der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 steuert die Steuerschaltung 400 die Widerstandsmessvorrichtung 900, um fortwährend den FC Widerstandswert des Brennstoffzellenstapels 100 (FC Widerstandswert Ri) zu erfassen, und speichert den erfassten FC Widerstandswert Ri in das RAM 420.
  • A2. Wasserzustandbestimmungsprozess
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ablaufroutine einer Wasserzustandbestimmung darstellt, die im Brennstoffzellensystem 1000 dieser Ausführungsform ausgeführt wird. Der Wasserzustandbestimmungsprozess wird vor Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100 durchgeführt. Das heißt, der Wasserzustandbestimmungsprozess wird bei geschlossener Position des Wasserstoffabschaltventils 210 und des Abgasdrainageventils 610, vor den Operationen der Wasserstoffzirkulationspumpe 500, des Kompressors 230 und der Wasserstoffzirkulationspumpe 250, durchgeführt. Der Wasserzustandbestimmungsprozess bestimmt den Zustand von Wasser im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 vor Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100. Genauer gesagt bestimmt der Wasserzustandbestimmungsprozess das Vorhandensein oder das Fehlen von angesammeltem Wasser im Gas-Flüssigkeit-Separator und weiter, nach Bestimmung des Vorhandenseins von Wasser, ob sich das angesammelte Wasser im nicht sehr kalten, flüssigen Zustand, sehr kalten Zustand oder gefrorenen Zustand befindet.
  • Im Wasserzustandbestimmungsprozess liest der Zustandsbestimmer 410 zuerst den FC Widerstandswert Ri von dem RAM 420 (Schritt S10) und bestimmt ob der FC Widerstandswert Ri nicht größer ist als ein vorgegebener Referenzwert Rth (Schritt S20).
  • Wenn der FC Widerstandswert Ri größer als der vorgegebene Referenzwert Rth ist (Schritt S20: nein), nimmt der Zustandsbestimmer 410 eine kleine Wasseransammlung in dem Brennstoffzellenstapel 100 zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 an. Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt demzufolge das Fehlen von angesammeltem Wasser (oder sehr wenig angesammeltes Wasser) im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 (Schritt S30). Der Zustandsbestimmer 410 beendet dann unverzüglich diese Ablaufroutine.
  • Wenn der FC Widerstandswert Ri nicht größer ist als der vorgegebene Referenzwert Rth (Schritt S20: ja), nimmt der Zustandsbestimmer 410 hingegen eine große Wasseransammlung in dem Brennstoffzellenstapel 100 zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 an. Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt demgemäß das Vorhandensein von angesammeltem Wasser im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 (Schritt S35).
  • Der Zustandsbestimmer 410 empfängt folglich die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1, die durch den Temperatursensor 520 erfasst wird (Schritt S40).
  • Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt dann, ob die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 nicht höher ist als eine vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (Schritt S50). Die Referenztemperatur Tth1 ist gemäß dem konkreten Aufbau und den Spezifikationen des Brennstoffzellensystems 1000 entsprechend spezifiziert und ist, zum Beispiel, auf einen Wert „0” eingestellt, der den Schmelzpunkt von Wasser bzw. Eis repräsentiert.
  • Wenn die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (Schritt S50: nein), nimmt der Zustandsbestimmer 410 an, dass die Temperatur des angesammelten Wassers in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1. Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt demzufolge, dass das angesammelte Wasser in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 in dem nicht sehr kalten, flüssigen Zustand ist (Schritt S60). Der Zustandsbestimmer 410 beendet dann diese Ablaufroutine.
  • Wenn die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (Schritt S0: ja) empfängt der Zustandsbestimmer 410 hingegen die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2, welche durch den Temperatursensor 530 erfasst wird (Schritt S70).
  • Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt dann, ob die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 nicht höher ist als eine vorgegebene Referenztemperatur Tth2 (Schritt S80). Die Referenztemperatur Tth2 ist niedriger als die Referenztemperatur Tth1. Die Referenztemperatur Tth2 ist gemäß dem konkreten Aufbau und den Spezifikationen des Brennstoffzellensystems 1000 entsprechend spezifiziert und ist, zum Beispiel, auf einen Wert in einem Bereich von „–20” bis „–40” eingestellt, der einen stabilen Wechsel des sehr kaltes Wassers von dem sehr kalten Zustand in den gefrorenen Zustand erlaubt.
  • Wenn die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth2 (Schritt S80: nein), nimmt der Zustandsbestimmer 410 an, dass die Temperatur des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth2 aber nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1. Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt demgemäß, dass sich das angesammelte Wasser in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 in dem sehr kalten Zustand befindet (Schritt S90). Der Zustandsbestimmer 410 beendet dann diese Ablaufroutine.
  • Wenn die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth2 (Schritt S80: ja), nimmt der Zustandsbestimmer 410 hingegen an, dass die Temperatur des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth2. Der Zustandsbestimmer 410 bestimmt demgemäß, dass sich das angesammelte Wasser im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 im gefrorenen Zustand befindet (Schritt S100). Der Zustandsbestimmer 410 beendet dann diese Ablaufroutine.
  • Nach Abschluss des Wasserzustandbestimmungsprozesses bedient die Steuerschaltung 400 die Kühlmittelzirkulationspumpe 500, den Kompressor 230 und die Wasserstoffzirkulationspumpe 250 und öffnet das Wasserstoffabschaltventil 210 um die Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 zu starten. Nach der Bestimmung des Fehlens des angesammelten Wassers (Schritt S30 in 3), nach der Bestimmung des angesammelten Wassers im nicht sehr kalten, flüssigen Zustand (Schritt S60 in 3) oder nach der Bestimmung des angesammelten Wassers im gefrorenen Zustand (Schritt S100 in 3) im Wasserzustandbestimmungsprozess, welcher obenstehend erklärt ist, führt die Steuerschaltung 400 regelmäßig die Ventil-Öffnen-Schließen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 ohne irgend welche Einschränkungen durch, um das Brenngasabgas, das die Unreinheit in erhöhter Konzentration enthält, und das angesammelte Wasser im Behälter 600B in regelmäßigen Intervallen aus dem Brennstoffzellensystem 1000 auszulassen.
  • Nach der Bestimmung des angesammelten Wassers im sehr kalten Zustand (Schritt S90 in 3) im obenstehend erklärten Wasserzustandbestimmungsprozess, verbietet die Steuerschaltung 400 die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 bis zu einem Zustandswechsel des angesammelten Wassers von dem sehr kalten Zustand nach Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100, entfernt die Steuerschaltung 400 zum Beispiel das Verbot der Ventil Öffnen-Schließen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 basierend auf einer Annahme des Zustandwechels des angesammelten Wassers von dem sehr kalten Zustand durch die Hitze, die von dem Brennstoffzellenstapel 100 in den Gas-Flüssigkeit-Separator 600 übertragen wird, die Hitze, die durch Kondensation des Wasserdampfes, der im Brenngasabgas enthalten ist, entsteht, und die Hitze, die im flüssigen Wasser enthalten ist, das von dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgelassen wird.
  • Wie obenstehend beschrieben, bestimmt das Brennstoffzellensystem 1000 der Ausführungsform den Wasserzustand im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 basierend auf dem FC Widerstandswert Ri des Brennstoffzellenstapels 100, der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1 und der höheren Position Kühlmitteltemperatur T2, ohne einen zusätzlichen Temperatursensor im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 bereitzustellen. Diese Anordnung gewährleistet erstrebenswert eine Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung des Brennstoffzellensystems 1000.
  • Im Brennstoffzellensystem 1000 der Ausführungsform, verbietet die Steuerschaltung 400 nach Bestimmung des angesammelten Wassers im sehr kalten Zustand (Schritt S90 in 3) durch den Zustandsbestimmer 410 die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasdrainageventils 610, bis zu einem Zustandswechsel des angesammelten Wassers von dem sehr kalten Zustand nach Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100. Diese Anordnung verhindert effektiv das Einfrieren des angesammelten Wassers im sehr kalten Zustand im Durchfluss durch das Abgasdrainageventil 610 und vermeidet somit das Fehlerpotential der Ventil Öffnen-Schließen Steuerung des Abgasdrainageventils 610.
  • Die Kombination des Gas-Flüssigkeit-Separators 600 und des Abgasdrainageventils 610 in der Ausführungsform entspricht dem Wasserbehälter in den Ansprüchen der Erfindung. Das Abgasdrainageventil 610 und der Zustandsbestimmer 410 in der Ausführungsform entsprechen dem Abgasventil und dem Zustandsbestimmer in den Ansprüchen der Erfindung. Die Kombination des Kühlmittelauslassrohrs MLO, des Kühlmittelzuführrohrs MLI und des Kühlmittelzirkulationskanals 510, welche den Kühlmittelzirkulationsdurchflussweg in der Ausführungsform ausbildet, ist gleich dem Kühlmitteldurchflussweg in den Ansprüchen der Erfindung. Die Referenztemperatur Tth1 in der Ausführungsform entspricht irgend einer des ersten Referenzwertes, des zweiten Referenzwertes und des vierten Referenzwertes in den Ansprüchen der Erfindung. Die Referenztemperatur Tth2 in der Ausführungsform entspricht einer des dritten Referenzwertes und des fünften Referenzwertes in den Ansprüchen der Erfindung. Die Steuerschaltung 400 in der Ausführungsform ist gleich der Ventilsteuerung in den Ansprüchen der Erfindung.
  • B. Zweite Ausführungsform
  • B1. Konfiguration des Brennstoffzellensystems 1000A
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm welches die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 1000A in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert. Das Brennstoffzellensystem 1000A der zweiten Ausführungsform besitzt im Grunde eine ähnliche Struktur wie das Brennstoffzellensystem 1000 der ersten Ausführungsform, welches obenstehend beschrieben ist, außer, dass die Steuerschaltung 400 die Funktion eines Ventiltemperaturbestimmers 430 besitzt und dass das RAM 420 eine Referenzwerttabelle KB, eine Flagtabelle FB und Bestimmungsgleichungsdaten KD darin speichert. Die anderen Bestandteile im Brennstoffzellensystem 1000A sind gleich mit denen im Brennstoffzellensystem 1000. Das Brennstoffzellensystem 1000A führt sowohl einen Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess, als auch den Wasserzustandbestimmungsprozess durch, der in dem Brennstoffzellensystem 1000 der ersten Ausführungsform wie obenstehend beschrieben durchgeführt wird. Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess bestimmt die Temperatur des Abgasdrainageventils 610, die im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 bereitgestellt wird und setzt und speichert ein Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG, das das Einfrierpotential des Abgasdrainageventils 610, basierend auf der bestimmten Temperatur, repräsentiert.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 führt den Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess durch. Die Referenzwerttabelle KB speichert eine Abgasdrainageventiltemperatur Tb, die im Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess bestimmt wird. Die Abgasdrainageventiltemperatur Tb, die in der Referenzwerttabelle KB gespeichert ist, wird als Prüfwert für eine anschließende Bestimmung der Abgasdrainageventiltemperatur Tb genutzt und bezeichnet somit auch die Vorbestimmtemperatur KK. Die Flagtabelle FB speichert das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG. Die Bestimmungsgleichungsdaten KD repräsentieren eine Bestimmungsgleichung, welche vorab experimentell, wie nachstehend im Detail erklärt, spezifiziert werden. Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess wird untenstehend im Detail beschrieben.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ablaufroutine einer Abgasdrainageventiltemperaturbestimmung darstellt, die im Brennstoffzellensystem 1000A der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. 6 zeigt ein Beispiel eines Ablaufdiagramms im Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess. Im Ablaufdiagramm von 6 stellt die Abszisse die Zeit „t” dar. Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess dauert für eine Zeitdauer von unverzüglich vor Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100 bis zu unverzüglich nach Leistungserzeugungsbeendigung durch den Brennstoffzellenstapel 100 in dem Brennstoffzellensystem 1000A an. Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess beginnt in dem Zustand, in dem keine Leistung durch den Brennstoffzellenstapel 100 erzeugt wird. In diesem Zustand, in dem keine Leistung erzeugt wird, werden die Kühlmittelzirkulationspumpe 500, der Kompressor 230 und die Wasserstoffzirkulationspumpe 250 nicht betätigt und das Wasserstoffabschaltventil 210 und das Abgasdrainageventil 610 sind in geschlossener Position. Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 beginnt wie untenstehend erklärt nach Abschluss des Prozesses bei Schritt S100.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 empfängt zuerst die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1, die durch den Temperatursensor 520 (Schritt S100) erfasst wird. Nach Abschluss des Prozesses bei Schritt S100, bedient die Steuerschaltung 400 die Kühlmittelzirkulationspumpe 500, den Kompressor 230 und die Wasserstoffzirkulationspumpe 250 und öffnet das Wasserstoffabschaltventil 210, um mit der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 (siehe Ablaufpunkte t1 und t3 in 6) zu beginnen.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 liest anschließend die Vorbestimmtemperatur KK von der Referenzwerttabelle KB (Schritt S110) und vergleicht die erfasste niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1, die bei Schritt S100 empfangen wird, mit der gelesenen Vorbestimmtemperatur KK (Schritt S120).
  • Wenn die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 nicht höher als die Vorbestimmtemperatur KK ist (Schritt S120: ja), setzt der Ventiltemperaturbestimmer 430 die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 auf die Vorbestimmtemperatur KK und speichert die Einstellung der Vorbestimmtemperatur KK in die Referenzwerttabelle KB (Schritt S130). Wenn die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 höher als die Vorbestimmtemperatur KK ist (Schritt S120: nein), schreitet der Ventiltemperaturbestimmer 430 hingegen zum Prozess von Schritt S140 voran.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 empfängt dann die neu erfasste, niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 (Schritt S140). Der Ventiltemperaturbestimmer 430 liest die Bestimmungsgleichungsdaten KD und substituiert die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 und die Vorbestimmtemperatur KK in die Bestimmungsgleichung, die durch die Bestimmungsgleichungsdaten KD repräsentiert wird, um die Abgasdrainageventiltemperatur Tb zu diesem Zeitpunkt (Schritt S150) zu berechnen. Die Bestimmungsgleichung, die durch die Bestimmungsgleichungsdaten KD repräsentiert wird, ist hier definiert. Gemäß der Positionsrelation im Brennstoffzellensystem 1000A, ist die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 durch den Brennstoffzellenstapel 100 beeinflussbar und die Abgasdrainageventiltemperatur Tb besitzt eine langsamere Temperaturreaktion als die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1. Mit einem Temperaturanstieg des Brennstoffzellenstapels 100 steigt die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 rasch an, während die Abgasdrainageventiltemperatur Tb mit ein wenig Verspätung von der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1 ansteigt. Die Zustandsgleichung wird unter Berücksichtigung dieser Temperaturreaktionsverspätung gebildet, um die Abgasdrainageventiltemperatur Tb basierend auf der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1 und der Vorbestimmtemperatur KK, die als Prüfwert gesetzt ist, zu bestimmen.
  • Wenn der Prozess von Schritt S150 durchgeführt wird, um die Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum ersten Mal (zum Beispiel, zum Zeitpunkt t3 im Ablaufdiagramm von 6) zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 zu bestimmen, bestimmt der Ventiltemperaturbestimmer 430 die Vorbestimmtemperatur KK, die in der Referenzwerttabelle KB gespeichert wurde, als Abgasdrainageventiltemperatur Tb. Die Terminologie „zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung” ist der Ausdruck einschließlich eines Zeitpunktes unverzüglich vor Leistungserzeugungsbeginn und eines Zeitpunktes unverzüglich nach Leistungserzeugungsbeginn. Die Vorbestimmtemperatur KK zu diesem Zeitpunkt ist die niedrigere Temperatur T1, die bei Schritt S100 empfangen wird und die bestimmte Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100. In einer speziellen Leistungserzeugungszeitdauer wird die Niedrigere zwischen der bestimmten Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 und der niedrigen Position Kühlmitteltemperatur T1, die zum Zeitpunkt des Beginns der vorherigen Leistungserzeugung erfasst wird, entsprechend auf einen Anfangswert der Temperatur des Abgasdrainageventils 610 gesetzt. Zum Beispiel, im Ablaufdiagramm von 6, beginnt eine Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 zum Zeitpunkt t3. Die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 ist höher als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 zum Zeitpunkt t3. Die Abgasdrainageventiltemperatur Tb (Vorbestimmtemperatur KK) ist niedriger als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 zum Zeitpunkt t2. Die Abgasdrainageventiltemperatur Tb (Vorbestimmtemperatur KK) zum Zeitpunkt t2 oder zum Zeitpunkt der Beendigung der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 wird somit als Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt t3 bestimmt.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 setzt die bestimmte Abgasdrainageventiltemperatur Tb auf die Vorbestimmtemperatur KK und speichert die Einstellungen der Vorbestimmtemperatur KK in die Referenzwerttabelle KB (Schritt S160).
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 bestimmt dann ob die bestimmte Abgasdrainangeventiltemperatur Tb nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (obenstehend in der ersten Ausführungsform erklärt) (Schritt S170). Wenn die Abgasdrainageventiltemperatur Tb nicht höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (Schritt S170: ja) nimmt der Ventiltemperaturbestimmer 430 ein gewisses Potential zum Einfrieren des Abgasdrainageventils 610 an. Das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG, das in der Flagtabelle FB gespeichert ist, ist entsprechend auf EIN gesetzt (Schritt S180). Zum Beispiel, im Ablaufdiagramm von 6, ist die Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt t1, wenn die Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 beginnt, niedriger als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1. Das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG ist in diesem Moment somit auf EIN gesetzt.
  • Wenn die Abgasdrainageventiltemperatur Tb höher ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 (Schritt S170: nein) nimmt der Ventiltemperaturbestimmer 430 hingegen kein Potential zum Einfrieren des Abgasdrainageventils 610 an. Das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG, das in der Flagtabelle FB gespeichert wurde, wird demgemäß auf AUS gesetzt (Schritt S190). Zum Beispiel, im Ablaufdiagramm in 6, wird das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG zum Zeitpunkt t4 auf AUS gesetzt, wenn die Abgasdrainageventiltemperatur Tb leicht höher wird als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1.
  • Der Ventiltemperaturbestimmer 430 bestimmt folglich ob eine Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 beendet wird (Schritt S200). Nach Nichtbeendigung der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 (Schritt S200: nein) kehrt der Ventiltemperaturbestimmer 430 im Prozessfluss zu Schritt S140 zurück und wiederholt die Prozesse der Schritte S140 bis S180 oder die Prozesse der Schritte S140 bis S190. Nach Beendigung der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 (Schritt 200: ja) kehrt der Ventiltemperaturbestimmer 430 hingegen von diesem Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess zurück.
  • Die Steuerschaltung 400 führt die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 wie benötigt als Antwort auf das EIN setzten des Abgasdrainageventileinfrierpotentialflags FG, das in der Flagtabelle FB gespeichert ist, aus, während sie nicht die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 als Antwort auf das AUS Setzen des Abgasdrainageventileinfrierpotentialflags FG durchführt.
  • Es wird angenommen, dass eine Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 im Zustand, in dem die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 im Laufe der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 erreicht oder überschreitet, die Temperatur des Abgasdrainageventils 610 aber noch niedriger ist als eine vorgegebene Referenztemperatur Tth1, beendet wird (zum Beispiel zum Zeitpunkt t2 im Ablaufdiagramm von 6). In dem Fall, in dem eine Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 bald neu gestartet wird (zum Beispiel zum Zeitpunkt t3 im Ablaufdiagramm von 6), kann die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 zu diesem Zeitpunkt noch nicht niedriger sein als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1. Falls die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 zu diesem Zeitpunkt als Temperatur des Abgasdrainageventils 610 bestimmt wird, kann die Temperatur des Abgasdrainageventils 610, welche eigentlich niedriger als die vorgegebene Referenztemperatur ist, fehlerhafter Weise als nicht niedriger als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1 ermittelt werden. Eine solche fehlerhafte Ermittlung setzt den Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG inkorrekter Weise AUS. In diesem Zustand kann das angesammelte Wasser in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 600 und das Wasser, das im Abgasdrainageventil 610 vorhanden ist, sehr kaltes Wasser sein. Die Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasdrainageventils 610 kann somit basierend auf der fehlerhaften Ermittlung verursachen, dass das sehr kalte Wasser im Abgasdrainageventil 610 in der offenen Position gefriert und somit das Abgasdrainageventil 610 nicht mehr kontrollierbar ist.
  • Im Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess, der im Brennstoffzellensystem 1000A der Ausführungsform ausgeführt wird, wird die niedrigere Temperatur zwischen der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1, die in diesem Moment erfasst wird, und die Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100, im Falle einer Bestimmung der Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum ersten Mal zum Leistungserzeugungsbeginn durch den Brennstoffzellenstapel 100 als Abgasdrainageventiltemperatur Tb bestimmt. Bei einem Neustart der Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100, wenn die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 nicht niedriger ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1, die tatsächliche Abgasdrainageventiltemperatur Tb aber niedriger ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1, wird die Abgasdrainageventiltemperatur Tb zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 als die derzeitige Abgasdrainageventiltemperatur Tb bestimmt. Diese Anordnung verhindert somit effektiv, dass das Abgasdrainageventileinfrierpotentialflag FG inkorrekter Weise, basierend auf der fehlerhaften Ermittlung, dass die Abgasdrainageventiltemperatur Tb nicht niedriger ist als die vorgegebene Referenztemperatur Tth1, auf AUS gesetzt wird, und verhindert somit, dass das Abgasdrainageventil 610 nicht mehr kontrollierbar ist.
  • Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess, der im Brennstoffzellensystem 1000A der Ausführungsform ausgeführt wird, bestimmt den Anfangswert der Abgasdrainageventiltemperatur Tb und bestimmt folglich die Abgasdrainageventiltemperatur Tb basierend auf der Vorbestimmtemperatur KK, die als Prüfwert gesetzt wird. Diese Anordnung gewährleistet die genaue Bestimmung der Abgasdrainageventiltemperatur Tb.
  • Der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess, der in der Brennstoffzelle 1000A der Ausführungsform ausgeführt wird, identifiziert basierend auf der Abgasdrainageventiltemperatur Tb, ob ein Potential zum Einfrieren des Abgasdrainageventils 610 vorhanden ist. Diese Anordnung gewährleistet die genaue Identifikation des Potentials zum Einfrieren des Abgasdrainageventils 610.
  • Das Abgasdrainageventil 610 und der Kühlmittelzirkulationskanal 510 in der Ausführungsform entsprechen dem Abgasventil und dem Kühlmitteldurchflussweg in den Ansprüchen der Erfindung. Der Ventiltemperaturbestimmer 430 in der Ausführungsform entspricht dem Ventiltemperaturbestimmer in den Ansprüchen der Erfindung. Das EIN Setzen des Abgasdrainageventileinfrierpotentialflags FG in der Ausführungsform ist gleich den Einfrierpotentialinformationen in den Ansprüchen der Erfindung. Das AUS Setzen des Abgasdrainageventileinfrierpotentialflags FG in der Ausführungsform ist gleich den Einfrierpotentialabbruchinformationen in den Ansprüchen der Erfindung. Die Flagtabelle FB in der Ausführungsform entspricht der Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit in den Ansprüchen der Erfindung.
  • C. Andere Aspekte
  • Neben den Bestandteilen der obenstehend beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen, sind die Bestandteile, die anders sind als solche, die durch die unabhängigen Ansprüche beansprucht sind, zusätzliche Elemente und können weggelassen werden, wenn sie nicht benötigt werden. Die Ausführungsformen und ihre obenstehend diskutierten Applikationen sind in allen Aspekten als illustrativ und nicht einschränken zu betrachten. Es kann viele Modifikationen, Veränderungen und Alternativen geben, ohne dabei vom Kern oder dem Sinn der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Einige Beispiele möglicher Modifikationen sind untenstehend gegeben.
  • C1. Modifiziertes Beispiel 1
  • Im Wasserzustandbestimmungsprozess (3), der im Brennstoffzellensystem 1000 der obenstehend diskutierten Ausführungsform ausgeführt wird, bestimmt die Steuerschaltung 400 das Vorhandensein oder das Fehlen des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600, basierend auf dem FC Widerstandswertes Ri zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100. Dies ist jedoch weder essentiell noch einschränkend. In einer modifizierten Durchführungsform kann die Steuerschaltung 400 die Widerstandsmessvorrichtung 900 steuern, um den FC Widerstandswert des Brennstoffzellenstapels 100 vor Ausführung des Wasserzustandermittlungsprozesses oder während der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 zu erfassen und das Vorhandensein oder das Fehlen des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600, basierend auf dem erfassten FC Widerstandwert, zu bestimmen. Diese modifizierte Anordnung besitzt ähnliche Eigenschaften wie die vorhergehend diskutierte Ausführungsform.
  • In einer anderen modifizierten Durchführungsform, kann die Steuerschaltung 400 die Brennstoffzellentemperatur des Brennstoffzellenstapels 100 während der vorherigen Leistungserzeugung oder zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 erfassen und das Vorhandensein oder das Fehlen des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600, basierend auf der erfassten Brennstoffzellentemperatur, bestimmen. Die Brennstoffzellentemperatur, die durch die Steuerschaltung 400 erfasst wird, ist zum Beispiel die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 als die Temperatur des Kühlmittelauslasses. Diese modifizierte Anordnung benötigt keine Widerstandsmessvorrichtung 900 zum Bestimmen des Vorhandenseins oder des Fehlens des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 und gewährleistet somit eine Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung des Brennstoffzellensystems 1000.
  • In noch einer anderen modifizierten Durchführungsform kann die Steuerschaltung 400 den ausgegebenen elektrischen Strom des Brennstoffzellenstapels 100 während der vorherigen Leistungserzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 100 erfassen und das Vorhandensein oder das Fehlen des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600, basierend auf dem erfassten ausgegebenen elektrischen Strom bestimmen. Diese modifizierte Anordnung benötigt keine Widerstandsmessvorrichtung 900 zum Bestimmen des Vorhandenseins oder des Fehlens des angesammelten Wassers im Gas-Flüssigkeit-Separator 600 und gewährleistet somit eine Größenreduzierung oder Gewichtsreduzierung des Brennstoffzellensystems 1000.
  • C2. Modifiziertes Beispiel 2
  • Das Brennstoffzellensystem 1000 der obenstehend diskutierten Ausführungsform kann auf beliebigen Fahrzeugen, einschließlich Kraftfahrzeugen, Booten und Schiffen, Flugzeugen und Zügen (linear motor cars) montiert werden. Diese Applikation gewährleistet die verkleinerte, bordeigene Leichtgewichtsausrüstung.
  • C3. Modifiziertes Beispiel 3
  • Im Brennstoffzellensystem 1000A der obenstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform nutzt der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 als Temperatur des Kühlmittels. Dies ist jedoch weder essentiell noch einschränkend. Die höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 kann alternativ als Temperatur des Kühlmittels genutzt werden. Diese modifizierte Anordnung besitzt ähnlichen Eigenschaften wie die vorhergehend diskutierte Ausführungsform.
  • C4. Modifiziertes Beispiel 4
  • Im Brennstoffzellensystem 1000A der obenstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform vergleicht der Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozess die niedrigere Position Kühlmitteltemperatur T1 mit der Vorbestimmtemperatur KK, setzt die niedrigere Temperatur auf die neue Vorbestimmtemperatur KK und speichert die neuen Einstellungen der Vorbestimmtemperatur KK in den Schritten S100 bis S130 in die Referenzwerttabelle KB. Diese Prozesskette ist jedoch weder essentiell noch einschränkend. Ein modifizierter Durchfluss des Abgasdrainageventiltemperaturbestimmungsprozesses kann die erfasste höhere Position Kühlmitteltemperatur T2 empfangen, einen Vergleich zwischen der niedrigeren Position Kühlmitteltemperatur T1, der höheren Position Kühlmitteltemperatur T2 und der Vorbestimmtemperatur KK ausführen, die niedrigste Temperatur in die neue Vorbestimmtemperatur KK setzen und die neue Einstellung der Vorbestimmtemperatur KK in der Referenzwerttabelle KB speichern. Diese modifizierte Anordnung besitzt ähnliche Eigenschaften wie die vorhergehend diskutierte Ausführungsform.
  • Zusammenfassung
  • Brennstoffzellensystem
  • Ein Brennstoffzellensystem der Erfindung enthält eine Brennstoffzelle, einen Wasserbehälter der konfiguriert ist Wasser anzusammeln, das von den Brennstoffzellen ausgelassen wird, und einen Zustandsbestimmer der konfiguriert ist, einen Zustand des Wasserbehälters, basierend auf dem Zustand der Brennstoffzelle, zu bestimmen.

Claims (18)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen Wasserbehälter der konfiguriert ist, Wasser zu sammeln, das von der Brennstoffzelle ausgelassen wird; und einen Zustandsbestimmer der konfiguriert ist, einen Zustand des Wasserbehälters, basierend auf einem Zustand der Brennstoffzelle, zu bestimmen.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Zustandsbestimmer das Vorhandensein oder das Fehlen des Wassers, das im Wasserbehälter angesammelt ist, basierend auf einem Innenwiderstandswert der Brennstoffzelle, bestimmt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Zustandsbestimmer das Vorhandensein oder das Fehlen des Wassers, das im Wasserbehälter angesammelt ist, basierend auf dem Innenwiderstandswert der Brennstoffzelle zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung, bestimmt.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das Brennstoffzellensystem weiter aufweisend: einen Kühlmitteldurchflussweg, der angeordnet ist, einen Durchfluss eines Kühlmittels zu schaffen, das zum Abkühlen der Brennstoffzelle genutzt wird, wobei nach Bestimmung des Vorhandenseins des im Wasserbehälter gesammelten Wasser der Zustandsbestimmer einen Zustand, basierend auf einer Kühlmitteltemperatur im Kühlmitteldurchflussweg, bestimmt.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung aufweist, der Wasserbehälter sich zwischen einer höheren und einer niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg befindet und in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet ist, und in einem Durchfluss-Stop-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor Leistungserzeugunsbeginn durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur auf der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg höher ist als ein vorgegebener erster Referenzwert, der Zustandsermittler den Zustand des Wassers in einem nicht sehr kalten, flüssigen Zustand ermittelt.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung besitzt, der Wasserbehälter sich zwischen einer höheren und einer niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg befindet und in Kontakt mit der. Brennstoffzelle angeordnet ist, und in einem Durchfluss-Stop-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor Leistungserzeugunsbeginn durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener zweiter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg höher ist als ein vorgegebener dritter Referenzwert, der niedriger ist als der zweite Referenzwert, der Zustandsermittler den Zustand des Wassers in einem sehr kalten Zustand ermittelt.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, wobei in einem Durchfluss-Stop-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor Leistungserzeugunsbeginn durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener zweiter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg höher ist als ein vorgegebener dritter Referenzwert, der niedriger ist als der zweite Referenzwert, der Zustandsermittler den Zustand des Wassers in einem sehr kalten Zustand ermittelt.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Wasserbehälter ein Abgasventil besitzt, das angeordnet ist, das Wasser von dem Wasserbehälter auszulassen, das Brennstoffzellensystem weiter aufweisend: eine Ventilsteuerung die konfiguriert ist, eine Öffnen-Schließen Steuerung des Abgasventils durchzuführen, wobei nach Bestimmung des Zustandes des Wassers im sehr kalten Zustand durch den Zustandsbestimmer die Ventilsteuerung eine Ventil-Öffnen Steuerung des Abgasventils verbietet, bis eine vorbestimmte Bedingung erreicht ist.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei der Kühlmitteldurchflussweg mindestens teilweise einen Höhenunterschied in vertikaler Richtung besitzt, der Wasserbehälter sich zwischen einer höheren Position und einer niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg befindet und in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet ist, und in einem Durchfluss-Stop-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener vierter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener fünfter Referenzwert, der niedriger ist als der vierte Referenzwert, der Zustandsermittler den Zustand des Wassers in einem gefrorenen Zustand ermittelt.
  10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei in einem Durchfluss-Stop-Zustand des Kühlmittels im Kühlmitteldurchflussweg vor der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle, wenn die Kühlmitteltemperatur in der niedrigeren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener vierter Referenzwert und wenn die Kühlmitteltemperatur in der höheren Position im Kühlmitteldurchflussweg nicht höher ist als ein vorgegebener fünfter Referenzwert, der niedriger ist als der vierte Referenzwert, der Zustandsermittler den Zustand des Wassers in einem gefrorenen Zustand ermittelt.
  11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wasserbehälter ein Abgasventil besitzt, das angeordnet ist, um das Wasser von dem Wasserbehälter auszulassen, das Brennstoffzellensystem weiter mit: einem Kühlmitteldurchflussweg, der angeordnet ist, einen Durchfluss eines Kühlmittels zu schaffen, das zum Abkühlen der Brennstoffzelle genutzt wird; einem Ventiltemperaturbestimmer, der konfiguriert ist, eine Abgasventiltemperatur zu bestimmen; und einer Ventiltemperaturspeichereinheit, die konfiguriert ist, die Abgasventiltemperatur zu speichern, die durch den Ventiltemperaturbestimmer bestimmt wird, wobei der Ventiltemperaturbestimmer die Kühlmitteltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle erfasst und eine niedrigere Temperatur abschätzt zwischen der erfassten Kühlmitteltemperatur und der in der Ventiltemperaturspeichereinheit zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung als Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung gespeicherten Abgasventiltemperatur.
  12. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, das Brennstoffzellensystem weiter mit: einem Ventiltemperaturbestimmer, der konfiguriert ist eine Abgasventiltemperatur zu bestimmen; und einer Ventiltemperaturspeichereinheit, die konfiguriert ist, die Abgasventiltemperatur, die durch den Ventiltemperaturbestimmer bestimmt wird, zu speichern, wobei der Ventiltemperaturbestimmer die Kühlmitteltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle erfasst und eine niedrigere Temperatur zwischen der erfassten Kühlmitteltemperatur und der Abgasventiltemperatur bestimmt, welche in der Ventiltemperaturspeichereinheit zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung als Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung gespeichert wurde.
  13. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und 9 bis 11, wobei der Wasserbehälter ein Abgasventil besitzt, das angeordnet ist, das Wasser von dem Wasserbehälter auszulassen, das Brennstoffzellensystem weiter mit: einem Ventiltemperaturbestimmer, der konfiguriert ist, eine Abgasventiltemperatur zu bestimmen; und einer Ventiltemperaturspeichereinheit, die konfiguriert ist, die Abgasventiltemperatur zu speichern, die durch den Ventiltemperaturbestimmer bestimmt wird, wobei der Ventiltemperaturbestimmer die Kühlmitteltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle erfasst und eine niedrigere Temperatur zwischen der erfassten Kühlmitteltemperatur und der Abgasventiltemperatur bestimmt, welche in der Ventiltemperaturspeichereinheit zum Zeitpunkt der Beendigung der vorherigen Leistungserzeugung als die Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung gespeichert wurde.
  14. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Ventiltemperaturbestimmer die Kühlmitteltemperatur erfasst und, basierend auf der erfassten Kühlmitteltemperatur und einem vorherigen Bestimmungswert der Abgasventiltemperatur, die Abgasventiltemperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle neu bestimmt.
  15. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Ventiltemperaturbestimmer ein Potential bzw. kein Potential zum Einfrieren des Abgasventils, basierend auf der bestimmten Abgasventiltemperatur, identifiziert.
  16. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 15, das Brennstoffzellensystem weiter mit einer Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit, wobei nach Identifikation eines Potentials zum Einfrieren des Abgasventils der Ventiltemperaturbestimmer Einfrierpotentialinformationen, die das Potential zum Einfrieren des Abgasventils repräsentieren, in die Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit speichert.
  17. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 16, wobei nach Identifikation von keinem Potential zum Einfrieren des Abgasventils, der Ventiltemperaturbestimmer Einfrierpotentialabbruchinformationen, die im Wesentlichen kein Potential zum Einfrieren des Abgasventils repräsentieren, in die Abgasventileinfrierinformationsspeichereinheit speichert.
  18. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei der Kühlmitteldurchflussweg in oder in der Nähe der Brennstoffzelle ausgebildet ist.
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