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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Brennstoffzelle (z. B. eine Feststoffpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle)
ist im Allgemeinen durch Schichtung einer Mehrzahl von Zellen aufgebaut,
in denen jeweils ein Elektrolyt zwischen Separatoren liegend angeordnet
ist. Wenn bei einer solchen Brennstoffzelle gebildetes Wasser oder
kondensiertes Wasser in einem Strömungspfad oder dergleichen
in den Separatoren zurückbleibt, gefriert dieses Wasser
bei einer niedrigen Temperatur, was in einigen Fällen zu
einem Bruch von Elektrolytmembranen, Separatoren, Rohrleitungen,
Ventilen usw. führen könnte. Falls gefrorenes
Wasser einen Gasströmungspfad blockiert, wird außerdem
beim nächsten Starten der Brennstoffzelle die Gaszufuhr
behindert, was für einen hinreichenden Ablauf einer elektrochemischen
Reaktion hinderlich sein könnte. Angesichts solcher Umstände
wird in Brennstoffzellensystemen des einschlägigen Standes
der Technik eine so genannte Spülroutine zum Entfernen
des in einer Brennstoffzelle zurückgebliebenen Wassers durchgeführt,
indem etwa, beispielsweise beim Beenden des Betriebs, trockene Luft
in die Brennstoffzelle eingeleitet wird (s. z. B. Patentdokument
1).
- Patentdokument 1: Japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-157621
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Offenbarungsgehalt der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende
Aufgabe
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Eine
Spülroutine wird unter Verwendung von in einem Sekundärelement
bzw. Akkumulator (Batterie) gespeicherter elektrischer Leistung
durchgeführt, nachdem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle
angehalten wurde.
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Falls
die Spülroutine durchgeführt wird, nachdem die
Leistungserzeugung der Brennstoffzelle aufgrund eines erschöpften
Gasvorrats angehalten wurde, verringert sich dementsprechend der
Betrag an restlicher Leistung im Akkumulator, wodurch die Fahrstrecke
einer EV(Electric Vehicle; Elektrofahrzeug)-Fahrt mit Batteriebetrieb
verkürzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde ersonnen, um das vorstehend beschriebene
Problem im einschlägigen Stand der Technik zu lösen,
wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Brennstoffzellensystem
zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Betriebsdauer
für den Fall zu verlängern, dass ein Batteriebetrieb
stattfindet, und zwar auch in einem Brennstoffzellensystem, das
eine Spülroutine durchführt, nachdem die Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle angehalten wurde.
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Maßnahmen zur Problemlösung
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Zur
Lösung des vorstehend genannten Problems wird gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle
zur Verfügung gestellt, die mit einem Brennstoffgas und einem
Oxidationsmittelgas versorgt wird und die durch eine elektrochemische
Reaktion zwischen dem Brennstoffgas und dem Oxidationsmittelgas
elektrische Leistung erzeugt, wobei das Brennstoffzellensystem folgendes
aufweist: eine Leistungsspeichereinheit, die mit der von der Brennstoffzelle
erzeugten elektrischen Leistung aufgeladen werden kann; eine Spülroutine-Ausführungseinrichtung,
die eine Spülroutine zum Entfernen von zurückgebliebenem
Wasser in der Brennstoffzelle unter Verwendung der in der Leistungsspeichereinheit
gespeicherten elektrischen Leistung ausführt, nachdem die
Leistungserzeugung der Brennstoffzelle angehalten wurde; und eine
Beurteilungseinheit, die beurteilt, ob ein abnormer Zustand in dem
Brennstoffzellensystem aufgetreten ist oder nicht, wobei die Spülroutine-Ausführungseinrichtung
die Ausführung der Spülroutine einschränkt,
wenn die Beurteilungseinheit bestimmt, dass der abnorme Zustand
aufgetreten ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann die Ausführung der Spülroutine
eingeschränkt werden, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle
infolge des Auftretens eines abnormen Zustandes in dem Brennstoffzellensystem
angehalten wurde, wodurch eine Verringerung der in der Leistungsspeichereinheit
(Batterie) gespeicherten elektrischen Leistung verhindert wird.
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In
dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem kann es sich
bei dem abnormen Zustand um einen erschöpften Gasvorrat
handeln.
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Wenn
bei einer solchen Konfiguration die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle
infolge eines erschöpften Gasvorrats angehalten wird, kann
die Ausführung der Spülroutine eingeschränkt
werden, wodurch eine Verringerung der in der Leistungsspeichereinheit
gespeicherten elektrischen Leistung verhindert wird.
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In
dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die Spülroutine-Ausführungseinrichtung
die Ausführung der Spülroutine durch Verkürzen
der für die Spülroutine zugemessenen Zeit einschränken.
Mit einer solchen Konfiguration kann in der Leistungsspeichereinheit
gespeicherte elektrische Leistung gespart werden.
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In
dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem kann die Spülroutine-Ausführungseinrichtung
die Ausführung der Spülroutine durch Unterbinden
der Ausführung der Spülroutine einschränken.
Mit einer solchen Konfiguration kann der Betrieb der Brennstoffzelle
beendet werden, ohne in der Leistungsspeichereinheit gespeicherte
elektrische Leistung zu verbrauchen.
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Das
vorstehend beschriebene Brennstoffzellensystem weist ferner einen
Kompressor auf, der der Brennstoffzelle das Oxidationsmittelgas
zuführt, wobei die Spülroutine-Ausführungseinrichtung
die Spülroutine ausführt, indem sie das Oxidationsmittelgas vom
Kompressor der Brennstoffzelle zuführt, während
sie die Ausführung der Spülroutine durch Reduzieren
einer Zufuhrmenge des vom Kompressor zugeführten Oxidationsmittelgases
einschränkt. Mit einer solchen Konfiguration kann eine
Einsparung der in der Leistungsspeichereinheit gespeicherten elektrischen
Leistung erzielt werden.
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Effekt der Erfindung
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann die Betriebsdauer für einen
Batteriebetrieb sogar in einem Brennstoffzellensystem verlängert
werden, das die Spülroutine nach dem Anhalten der Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Konfigurationsdiagramm, das eine Ausführungsform eines
Brennstoffzellensystems schematisch darstellt.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Spülroutine
in dem Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform.
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Erläuterung der Bezugszeichen
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- 1: Brennstoffzellensystem, 2: Brennstoffzelle, 3:
Oxidationsmittelgas-Rohrleitungssystem, 4: Wasserstoffgas-Rohrleitungssystem, 5:
Leistungssystem, 6: Steuereinheit, 30: Filter, 31:
Kompressor, 32: Luftzufuhr-Strömungspfad, 33:
Luftabgabe-Strömungspfad, 34: Befeuchter, 40:
Wasserstofftank, 41: Wasserstoffzufuhr-Strömungspfad, 42:
Umlaufströmungspfad, 43: Hauptabsperrventil, 44:
Reguliereinrichtung, 45: Wasserstoffpumpe, 46:
Gas-/Flüssigkeits-Trenneinrichtung, 47: Entlüftungs-/Ablassventil, 48:
Abgabe-Strömungspfad, 49: Verdünnungseinrichtung, 51:
DC/DC-Wandler, 52: Akkumulator, 53: Traktionsumrichter, 54:
Fahrmotor, P: Drucksensor, A: Stromsensor, V: Spannungssensor
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Beste Ausführungsweise
der Erfindung
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Eine
bevorzugte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems
gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Nachfolgenden
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die nachfolgende Beschreibung beschreibt eine Ausführungsform,
bei der das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein bordeigenes Leistungserzeugungssystem in einem
Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle) verwendet
wird.
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Das
Brennstoffzellensystem in der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Brennstoffzellensystem, das eine Spülroutine durchführt,
nachdem die Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle angehalten wurde,
wobei eine Verringerung der in einer Batterie gespeicherten elektrischen
Leistung verhindert wird, indem die Ausführung der Spülroutine
eingeschränkt wird, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle
infolge eines abnormen Zustandes wie etwa eines erschöpften
Gasvorrats angehal ten wird. Die Konfiguration und der Betrieb des
Brennstoffzellensystems mit dem vorstehend genannten Merkmal werden
im Nachfolgenden beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird die Konfiguration des
Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden
Ausführungsform beschrieben. 1 ist ein
Konfigurationsdiagramm, welches das Brennstoffzellensystem in der
vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
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Gemäß der
Darstellung in 1 weist das Brennstoffzellensystem 1 folgendes
auf: eine Brennstoffzelle 2, die durch eine elektrochemische
Reaktion zwischen Oxidationsmittelgas und Brennstoffgas, die als
Reaktionsmittelgase dienen, elektrische Leistung erzeugt; ein Oxidationsmittelgas-Rohrleitungssystem 3,
das der Brennstoffzelle 2 die als das Oxidationsmittelgas
dienende Luft zuführt; ein Wasserstoffgas-Rohrleitungssystem 4,
das der Brennstoffzelle 2 den als das Brennstoffgas dienenden
Wasserstoff zuführt; ein Leistungssystem 5, das
ein Laden und Entladen der elektrischen Leistung des Systems ermöglicht;
und eine Steuereinheit 6, die das gesamte System zentral
steuert. Die Brennstoffzelle 2 und das Wasserstoffgas-Rohrleitungssystem 4 stellen
einen Wasserstoffgaszufuhrmechanismus dar.
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Die
Brennstoffzelle 2 ist beispielsweise ein Polymerelektrolyt-Typ,
der einen Stapel- bzw. Stackaufbau mit einer großen Anzahl
von darin gestapelten Einheitszellen aufweist. Jede Einheitszelle
weist eine Luftelektrode auf einer Oberfläche eines aus
einer Ionenaustauschermembran bestehenden Elektrolyts sowie eine
Brennstoffelektrode auf der anderen Oberfläche des Elektrolyts
auf, und die Einheitszelle weist ferner ein Paar Separatoren auf,
welche die Luftelektrode und die Brennstoffelektrode zwischen sich
liegend aufnehmen. Bei dieser Konfiguration wird das Wasserstoffgas
einem Wasserstoffgas-Strömungspfad eines Separators zugeführt, während
das Oxidationsmittelgas einem Oxidationsmittelgas-Strömungspfad
des anderen Separators zugeführt wird, und durch eine chemische
Reaktion zwischen diesen Reaktionsmittelgasen wird elektrische Leistung
erzeugt. Die Brennstoffzelle 2 ist mit einem Stromsensor
A zum Erfassen eines Ausgangsstroms der Brennstoffzelle 2 und
einem Spannungssensor V zum Erfassen einer Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle 2 versehen.
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Das
Oxidationsmittelgas-Rohrleitungssystem 3 weist folgendes
auf: einen Kompressor 31, der die über einen Filter 30 eingeführte
Luft verdichtet und die verdichtete Luft als das Oxidationsmittelgas ausgibt;
einen Luftzufuhr-Strömungspfad 32 zum Zuführen
des Oxidationsmittelgases zur Brennstoffzelle 2; und einen
Luftabgabe-Strömungspfad 33 zum Abgeben eines
von der Brennstoffzelle 2 abgegeben Oxidationsmittel-Abgases.
Der Luftzufuhr-Strömungspfad 32 und der Luftabgabe-Strömungspfad 33 sind
mit einem Befeuchter 34 versehen, der das verdichtete und
von dem Kompressor 31 ausgegebene Oxidationsmittelgas unter
Verwendung des aus der Brennstoffzelle 2 abgegebenen Oxidationsmittel-Abgases
befeuchtet. Nachdem das Oxidationsmittel-Abgas im Befeuchter 34 einem
Feuchtigkeitsaustausch unterzogen wurde, wird es schließlich
als Abgas an die Atmosphäre außerhalb des Systems abgeführt.
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Das
Wasserstoffgas-Rohrleitungssystem 4 weist folgendes auf:
einen als Brennstoffzufuhrquelle dienenden Wasserstofftank 40,
der unter hohem Druck (z. B. 70 MPa) stehendes Wasserstoffgas bevorratet;
einen Wasserstoffzufuhr-Strömungspfad 41, der
als ein Brennstoffzufuhr-Strömungspfad zum Zuführen
des im Wasserstofftank 40 befindlichen Wasserstoffgases
zur Brennstoffzelle 2 dient; und einen Umlaufströmungspfad 42 zum
Rückführen eines von der Brennstoffzelle 2 abgegebenen
Wasserstoffabgases zum Wasserstoffzufuhr-Strömungspfad 41.
Es ist anzumerken, dass der Wasserstofftank 40 bei der vorliegenden
Erfindung eine Ausführungsform der Brennstoffzufuhrquelle
ist. Obgleich der Wasserstofftank 40 bei der vorliegenden
Ausführungsform als Brennstoffzufuhrquelle verwendet wird,
kann der Wasserstofftank 40 beispielsweise durch eine Modifizierungseinrichtung,
die einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff unter Verwendung von Wasserdampf zu
einem mit Wasserstoff angereicherten Brennstoffgas modifiziert,
und einen Hochdruckgastank, der das von der Modifizierungseinrichtung
modifizierte Brennstoffgas unter hohem Druck bevorratet, ersetzt werden.
Als die Brennstoffzufuhrquelle kann auch ein Tank verwendet werden,
der eine Wasserstoff absorbierende Legierung aufweist.
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Der
Wasserstoffzufuhr-Strömungspfad 41 ist versehen
mit: einem Hauptabsperrventil 43, das die Zuführung
von Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 40 sperrt oder
zulässt; und eine Reguliereinrichtung 44, die
den Druck des Wasserstoffgases auf einen voreingestellten Sekundärdruck
reguliert. Ferner ist ein Drucksensor P, der den Druck von Wasserstoffgas
im Wasserstoffgas-Zufuhrmechanismus erfasst, stromabwärts
von der Reguliereinrichtung 44 vorgesehen.
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Der
Umlaufströmungspfad 42 ist mit einer Wasserstoffpumpe 45 versehen,
die das Wasserstoffabgas im Umlaufströmungspfad 42 verdichtet und
das verdichtete Wasserstoffabgas zum Wasserstoffzufuhr-Strömungspfad 41 schickt.
Der Umlaufströmungspfad 42 ist über eine
Gas-/Flüssigkeits-Trenneinrichtung 46 und ein
Entlüftungs-/Ablassventil 47 mit einem Abgabeströmungspfad 48 verbunden.
Die Gas- /Flüssigkeits-Trenneinrichtung 46 sammelt
Feuchtigkeit aus dem Wasserstoffabgas. Das Entlüftungs-/Ablassventil 47 entleert
die vom Gas-/Flüssigkeits-Trenneinrichtung 46 gesammelte Feuchtigkeit
und das Verunreinigungen enthaltende Wasserstoffabgas im Umlaufströmungspfad 42 gemäß einem
Befehl von der Steuereinheit 6. Das aus dem Entlüftungs-/Ablassventil 47 abgegebene
Wasserstoffabgas wird von einer Verdünnungseinrichtung 49 verdünnt
und vermischt sich mit dem Oxidationsmittel-Abgas im Luftabgabe-Strömungspfad 33.
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Das
Leistungssystem 5 weist einen DC/DC-Wandler 51,
einen als Batterie dienenden Akkumulator (Leistungsspeichereinheit) 52,
einen Traktionsumrichter 53, einen Fahrmotor 54 und
verschiedene Zubehörumrichter (nicht gezeigt) auf. Der DC/DC-Wandler 51 ist
ein Gleichstrom-Spannungswandler mit den folgenden Funktionen: einer
Funktion zum Regulieren eines Gleichstromspannungseingangs vom Akkumulator 52 und
Ausgeben der regulierten Spannung an den Traktionsumrichter 53;
und eine Funktion zum Regulieren eines Gleichstromspannungseingangs
von der Brennstoffzelle 2 oder dem Fahrmotor 54 und
Ausgeben der regulierten Spannung an den Akkumulator 52.
Infolge dieser Funktionen des DC/DC-Wandler 51 kann der
Akkumulator 52 aufgeladen oder entladen werden. Ferner steuert
der DC/DC-Wandler 51 eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2.
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Der
Akkumulator 52 umfasst gestapelte Batteriezellen und stellt
eine bestimmte Hochspannung als eine Klemmenspannung zur Verfügung,
wobei der Akkumulator 52 mit überschüssiger
elektrischer Leistung aufgeladen werden kann und elektrische Leistung
hilfsweise unter Steuerung durch einen Batterierechner (nicht gezeigt)
zur Verfügung stellen kann. Der Akkumulator 52 ist
mit einer Restkapazität-Überwachungseinrichtung
(nicht gezeigt) zum Erfassen der Restkapazität des Akkumulators 52 versehen.
Als die Restkapazität-Überwachungseinrichtung
kann beispielsweise eine SOC(State of Charge; Ladezustand)-Messeinrichtung,
die einen Stromwert beim Aufladen oder Entladen im Akkumulator 52 über die
Zeit integriert, oder ein Spannungssensor verwendet werden.
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Der
Traktionsumrichter 53 wandelt einen Gleichstrom in einen
Dreiphasenwechselstrom und liefert den Dreiphasenwechselstrom an
den Fahrmotor 54. Der Fahrmotor 54 ist beispielsweise
ein Dreiphasenwechselstrommotor, der etwa für ein mit dem Brennstoffzellensystem 1 ausgerüstetes
Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug als Hauptleistungsquelle dient.
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Die
Zubehörumrichter sind Elektromotor-Steuereinheiten, welche
den Antrieb jeweiliger Motoren steuern, und die Zubehörumrichter
wandeln einen Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom und liefern
den Dreiphasenwechselstrom an die jeweiligen Motoren. Die Zubehörumrichter
sind beispielsweise Umrichter vom PWM(Pulse Width Modulation; Pulsbreitenmodulation)-Typ,
die einen Gleichstromspannungsausgang von der Brennstoffzelle 2 oder
dem Akkumulator 52 gemäß einem Steuerbefehl
von der Steuereinheit 6 in eine Dreiphasenwechselstromspannung
wandeln und in den jeweiligen Motoren erzeugte Drehmomente steuern.
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Die
Steuereinheit 6 erfasst den Betätigungsbetrag
eines in einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug vorgesehenen Beschleunigungselementes
(eines Fahrpedals usw.), empfängt Steuerinformationen wie
etwa einen Beschleunigungsanforderungswert (z. B. den von Leistung
verbrauchenden Vorrichtungen wie etwa dem Fahrmotor 54 benötigten
Leistungserzeugungsbetrag), und steuert den Betrieb verschiedener
Geräte in dem System. Beispiele für die Leistung
verbrauchenden Vorrichtungen können zusätzlich
zum Fahrmotor 54 Zubehörvorrichtungen umfassen,
die zum Betreiben der Brennstoffzelle 2 erforderlich sind
(z. B. Motoren für den Kompressor 31 und die Wasserstoffpumpe 45 usw.);
Betätigungseinrichtungen bzw. Stellglieder, die in verschiedenen, für
die Fortbewegung des Fahrzeugs relevanten Vorrichtungen (z. B. Gangschaltgetriebe,
Radsteuervorrichtung, Lenkgetriebe und Aufhängung) verwendet werden;
und eine Klimatisierungsvorrichtung (Klimaanlage), Beleuchtungsausrüstung,
Audiosystem usw., die in einem Fahrgastraum vorgesehen sind.
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Die
Steuereinheit (Beurteilungseinheit) 6 beurteilt, ob ein
Sensorwert des Drucksensors P gleich bzw. kleiner als ein Gasmangel-Bestimmungsschwellwert
ist oder nicht. Der Gasmangel-Bestimmungsschwellwert ist der Wert
des Wasserstoffgasrestdrucks, der für die Bestimmung eines
erschöpften Gasvorrats verwendet wird. Wenn der Sensorwert
des Drucksensors P gleich dem bzw. kleiner als der Gasmangel-Bestimmungsschwellwert
ist, bestimmt die Steuereinheit 6 daher, dass der Gasvorrat erschöpft
ist, liefert eine Meldung, die den erschöpften Gasvorrat
angibt, und hält die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 an.
Es ist anzumerken, dass das Verfahren für die Bestimmung
eines erschöpften Gasvorrats nicht auf ein solches beschränkt
ist, das einen Sensorwert des Drucksensors P verwendet. Beispielsweise
kann die Bestimmung, dass der Gasvorrat erschöpft ist,
unter Verwendung des integrierten Betrags von verbrauchtem Wasserstoffgas,
des Gewichts des Wasserstofftanks, der aus einem Druck und einer
Temperatur errechneten Restmenge von Wasserstoffgas usw. vorgenommen werden.
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Die
Steuereinheit (Spülroutine-Ausführungseinrichtung) 6 führt
die Spülroutine unter Verwendung der in der Akkumulator 52 gespeicherten
elektrischen Leistung durch, nachdem die Leistungserzeugung der
Brennstoffzelle 2 angehalten wurde. Die Spülroutine
bezieht sich hierbei auf den Vorgang des Abführens von
Wasser in der Brennstoffzelle 2 nach außerhalb
der Brennstoffzelle 2, wenn die Leistungserzeugung der
Brennstoffzelle 2 angehalten wurde, d. h. das Entfernen
von in der Brennstoffzelle 2 zurückgebliebenem
Wasser. Es können verschiedene Routinemethoden als die
Spülroutine angewendet werden. Beispielsweise kann die
Spülroutine durchgeführt werden, indem das Oxidationsmittelgas
vom Kompressor 31 dem Luftzufuhr-Strömungspfad 32 zugeführt
wird, während die Zufuhr von Wasserstoffgas zur Brennstoffzelle 2 angehalten
ist. Bei einer solchen Konfiguration wird in der Brennstoffzelle 2 zurückgebliebenes
Wasser entfernt, indem Wasser einschließlich von im Luftzufuhr-Strömungspfad 32 zurückgebliebenem
Wasser durch das zugeführte Oxidationsmittelgas an den
Luftabgabe-Strömungspfad 33 abgegeben wird.
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Wenn
bestimmt wird, dass der Gasvorrat erschöpft ist, schränkt
die Steuereinheit 6 die Ausführung der vorstehend
beschriebenen Spülroutine ein. Beispiele für den
Inhalt dieser Einschränkung umfassen eine Verkürzung
der für die Spülroutine zugemessenen Zeit, ein
Unterbinden der Ausführung der Spülroutine, und
ein Verringern der Zufuhrmenge des Oxidationsmittelgases bei der
Spülroutine. Eine Verkürzung der für
die Spülroutine zugemessenen Zeit oder ein Verringern der
Zufuhrmenge des Oxidationsmittelgases bei der Spülroutine
ermöglicht eine Einsparung der im Akkumulator 52 gespeicherten elektrischen
Leistung. Ein Unterbinden der Ausführung der Spülroutine
ermöglicht es, den Betrieb der Brennstoffzelle 2 zu
beenden, ohne die im Akkumulator 52 gespeicherte elektrische
Leistung zu benützen. Somit kann ein Verbrauch der elektrischen
Leistung im Akkumulator 52 im Zusammenhang mit der Ausführung
der Spülroutine verhindert werden, weshalb eine Fahrstrecke
mit einem EV-Antrieb auch bei einem Brennstoffzellensystem 1 verlängert
werden kann, das eine Spülroutine durchführt,
nachdem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 angehalten
wurde.
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Die
Steuereinheit 6 umfasst in physischer Hinsicht z. B. eine
CPU (Zentralsteuereinheit), einen ROM (Festpeicher) oder ein HDD
(Festplattenlaufwerk) zum Speichern eines Steuerprogramms und von
Steuerdaten, die in der CPU verwendet werden, einen RAM (Direktzugriffsspeicher),
der hauptsächlich zur Steuerungsverarbeitung als verschiedene
Arbeitsbereiche verwendet wird, und Ein-/Ausgabe-Schnittstellen.
Diese Komponenten sind durch eine Busleitung miteinander verbunden.
Die Ein- und Ausgabe-Schnittstellen sind mit verschiedenen Sensoren
wie etwa dem Drucksensor P, dem Stromsensor A und einem Spannungssensor
V, sowie mit verschiedenen Treibern zum Ansteuern des Kompressors 31,
des Hauptabsperrventils 43, der Wasserstoffpumpe 45,
des Entlüftungs-/Ablassventils 47, des Fahrmotors 54 usw.
verbunden.
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Die
CPU empfängt Erfassungsresultate im Drucksensor P, Stromsensor
A und Spannungssensor V über die Ein-/Ausgabe-Schnittstellen
und verarbeitet die empfangenen Erfassungsresultate unter Verwendung
verschiedener Arten von Daten im RAM gemäß dem
im ROM gespeicherten Steuerprogramm, um dadurch die Spülroutine
des Brennstoffzellensystems 1 zu steuern. Die CPU gibt
Steuersignale über die Ein-/Ausgabe-Schnittstellen an die
verschiedenen Treiber aus, wodurch sie das gesamte Brennstoffzellensystem 1 steuert.
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Als
Nächstes wird die Spülroutine des Brennstoffzellensystems
in der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des
Ablaufdiagramms in 2 beschrieben.
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Zuerst
beurteilt die Steuereinheit 6, ob ein Sensorwert im Drucksensor
P gleich dem bzw. kleiner als der Gasmangel-Bestimmungsschwellwert
ist oder nicht (Schritt S1). Mit anderen Worten beurteilt die Steuereinheit 6,
ob der Gasvorrat erschöpft ist oder nicht. Falls das Beurteilungsergebnis
positiv ist (Schritt S1; JA), hält die Steuereinheit 6 die
Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 an (Schritt S2). Die
Steuereinheit 6 führt daraufhin eine Spülroutine durch,
bei der beispielsweise die für die Spülroutine zugemessene
Zeit verkürzt ist (Schritt S3).
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Wenn
in Schritt S1 hingegen bestimmt wird, dass der Gasvorrat nicht erschöpft
ist (Schritt S1; NEIN), beurteilt die Steuereinheit 6,
ob die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 angehalten
werden soll oder nicht (Schritt S4). Falls das Beurteilungsergebnis
negativ ist (Schritt S4; NEIN), geht die Routine weiter zu dem vostehend
beschriebenen Schritt S1.
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Wenn
in Schritt S4 hingegen bestimmt wird, dass die Leistungserzeugung
angehalten werden soll (Schritt S4; JA), hält die Steuereinheit 6 die
Leistungserzeugung an und führt daraufhin eine normale Spülroutine
durch (Schritt S5).
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, kann die Ausführung der Spülroutine
in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
Ausführungsform in einer Situation, in der die Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle 2 aufgrund eines erschöpften
Gasvorrats ange halten wird, eingeschränkt und somit eine
Verringerung der im Akkumulator 52 gespeicherten elektrischen
Leistung verhindert werden. Bei einer solchen Konfiguration kann
die Fahrstrecke mit dem EV-Antrieb sogar in dem Brennstoffzellensystem 1 verlängert
werden, das die Spülroutine durchführt, nachdem
die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle angehalten wurde.
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Es
ist anzumerken, dass ein erschöpfter Gasvorrat zwar für
die vorstehende Ausführungsform als ein Kriterium für
eine Einschränkung der Ausführung der Spülroutine
beschrieben wurde, dass die Kriterien für eine Einschränkung
der Ausführung der Spülroutine jedoch nicht hierauf
beschränkt sind. Die Ausführung der Spülroutine
kann eingeschränkt werden, wenn ein abnormer Zustand wie
etwa ein Defekt in irgend einer der im Brennstoffzellensystem 1 enthaltenen
Komponenten auftritt.
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Obgleich
jede vorstehende Ausführungsform eine Konfiguration beschrieb,
bei der das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug vorgesehen ist,
kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung auf verschiedene andere mobile Objekte als Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge
(z. B. Robots, Schiffe und Flugzeuge) angewendet werden. Außerdem
kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung auch auf stationäre Leistungserzeugungssysteme
angewendet werden, die als Leistungserzeugungsanlagen für
Bauwerke (z. B. Häuser und Gebäude) verwendet
werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist geeignet, eine Verringerung der elektrischen Leistung
in einer Batterie zu verhindern.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Die
Betriebsdauer für einen Batteriebetrieb kann auch in einem
Brennstoffzellensystem verlängert werden, das nach dem
Anhalten der Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle eine Spülroutine durchführt.
Wenn auf der Grundlage eines Sensorwertes eines Drucksensors P bestimmt
wird, dass der Gasvorrat erschöpft ist, hält eine
Steuereinheit 6 die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 an.
Die Steuereinheit 6 verkürzt beispielsweise die
für die Spülroutine zugemessene Zeit und führt
dann die Spülroutine durch. Wenn hingegen bestimmt wird, dass
der Gasvorrat nicht erschöpft ist, und wenn die Leistungserzeugung
der Brennstoffzelle 2 angehalten werden soll, hält
die Steuereinheit 6 die Leistungserzeugung an und führt
dann eine normale Spülroutine durch.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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