DE112008003393B4 - Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem (10), welches aufweist: eine Brennstoffzelle (20), die zum Erzeugen von Leistung mit einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas versorgt wird; und ein Brennstoffgas-Zufuhrsystem (40) mit einer Brennstoffgas-Zufuhrquelle (41), die der Brennstoffzelle (20) das Brennstoffgas zuführt, und einem Absperrventil (H1), das den Austritt des Brennstoffgases aus der Brennstoffgas-Zufuhrquelle (41) absperrt; wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte aufweist: Ansprechend auf ein Startsignal (S102), Einstellen (S103) eines Anfangswerts eines Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds (80) der Brennstoffzelle (20); und Steuern (S105, S106: NEIN) der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) auf der Grundlage der Strom-Spannungs-Charakteristik; das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass: bei der Einstellung des Anfangswerts des Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds (80), eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle (20) als Anfangswert der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (20) eingestellt wird, der dem Ausgangsstrom Null der Brennstoffzelle (20) entspricht, wobei das Steuerverfahren weiter aufweist: bevor der Leistungserzeugungsbetrieb der Brennstoffzelle (20) gestartet wird, Überprüfen (S104), ob ein Brennstoffgasleck des Brennstoffgas-Zufuhrsystems (40) oder ein Defekt des Absperrventils (H1) vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) vorliegt, und, wenn ein Brennstoffgasleck oder ein Defekt des Absperrventils (H1) vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) erfasst wird, Auslesen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle ...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem, das Ausgabecharakteristiken einer Brennstoffzelle schätzt, um einen Zellenbetrieb zu steuern.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Ein Brennstoffzellensystem ist ein System zur Energieumwandlung, das ein Brennstoffgas und ein Oxidationsgas einer Membranelektrodenanordnung zuführt, um eine elektrochemische Reaktion zu veranlassen, um dadurch chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Insbesondere kann eine Brennstoffzelle von einem Feststoffpolymerelektrolyt-Typ unter Verwendung einer Feststoffpolymermembran als Elektrolyt mit geringen Kosten leicht kompakt ausgeführt werden, und außerdem besitzt die Brennstoffzelle eine hohe Ausgabedichte, so dass eine praktische Anwendung als ein an Bord eines Kraftfahrzeugs installiertes Leistungsquellensystem zu erwarten ist.
  • Ausgabecharakteristiken (Strom-Spannungs-Charakteristiken) der Brennstoffzelle sind nicht konstant und unterliegen ständigen Schwankungen gemäß einer Stacktemperatur und der Fliessrate, dem Druck und der Feuchtigkeit eines Reaktionsmittelgases, und überdies gemäß der Schwankung eines internen Widerstandes infolge the Varianz von Wasser in einer Polymerelektrolytmembran und dergleichen. Darüber hinaus ist es bekannt, dass die Ausgabecharakteristiken in Abhängigkeit davon schwanken, ob der Betriebszustand der Brennstoffzelle ein exzessiver Zustand oder ein stabiler Zustand ist, und dass die Ausgabecharakteristiken auch gemäß einer Alterungsverschlechterung oder dergleichen merklich schwanken. In solchen Situationen ist es erforderlich, die ständig schwankenden Ausgabecharakteristiken zu kontrollieren, um den Betrieb der Brennstoffzelle auf geeignete Weise zu steuern. In der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2004-241272 A ist ein Verfahren zum Schätzen der Ausgabecharakteristiken der Brennstoffzelle auf der Grundlage des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zum Steuern eines Zellenbetriebs offengelegt.
  • Offenbarungsgehalt der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Es ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Aufbau bekannt, bei dem eine Störungsabbruchverarbeitung durchgeführt wird, wenn während des Starts eine anfängliche Überprüfung (Vorliegen/Nichtvorliegen eines Ventildefekts an einem Wasserstofftank oder dergleichen) durchgeführt wird und eine Störung erfasst wird. Bei dieser Störungsabbruchverarbeitung steuert das Brennstoffzellensystem die Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle so, dass der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle Null wird.
  • Falls die Störung durch die anfängliche Überprüfung jedoch in einem Stadium erfasst wird, indem noch kein Zellenbetrieb gestartet wurde, werden die Ausgabecharakteristiken der Brennstoffzelle noch nicht geschätzt, und somit bleibt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einem Anfangswert Null, wenn der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle Null wird. Daher führt das Brennstoffzellensystem eine Steuerung derart durch, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Störungsverarbeitung zu einer Untergrenzenspannung wird. Somit wird der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle nicht auf Null gestellt, und es tritt eine exzessive Leistungserzeugung ein, so dass die Störungsverarbeitung nicht auf angemessene Weise durchgeführt werden kann.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung zu schaffen, das eine exzessive Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle verhindern kann, wenn eine Störung aufgetreten ist.
  • Maßnahmen zur Problemlösung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird gelöst mit dem Steuerverfahren nach Anspruch 1. Hierbei weist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: eine Brennstoffzelle, die zum Erzeugen von Leistung mit einem Reaktionsmittelgas versorgt wird; und ein Brennstoffgas-Zufuhrsystem mit einer Brennstoffgas-Zufuhrquelle, die der Brennstoffzelle das Brennstoffgas zuführt, und einem Absperrventil, das den Austritt des Brennstoffgases aus der Brennstoffgas-Zufuhrquelle absperrt. Das Steuerverfahren weist auf: Ansprechend auf ein Stratsignale, Einstellen eines Anfangswerts eines Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds der Brennstoffzelle und Steuern des Betriebs der Brennstoffzelle auf der Grundlage der Strom-Spannungs-Charakteristik. Das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Einstellung des Anfangswerts des Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds, eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle als Anfangswert der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird, der dem Ausgangsstrom Null der Brennstoffzelle entspricht, wobei das Steuerverfahren weiter aufweist: bevor der Leistungserzeugungsbetrieb der Brennstoffzelle gestartet wird, Erfassen eines Brennstoffgaslecks des Brennstoffgas-Zufuhrsystems oder eines Defekts des Absperrventils vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle, und, wenn ein Brennstoffgasleck oder ein Defekts des Absperrventils vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle erfasst wird, Auslesen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle mit dem eingestellten Anfangswert als Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, der dem Ausgangsstrom Null der Brennstoffzelle entspricht und Steuern der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle derart, daß die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gleich der eingestellten Leerlaufspannung wird.
  • Effekt der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine exzessive Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle zu verhindern, wenn eine Störung aufgetreten ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform; und
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebssteuerungsverarbeitung des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Erläuterung der Bezugszeichen
    • 10 ... Brennstoffzellensystem, 20 ... Brennstoffzellen-Stack, 30 ... Oxidationsgas-Zufuhrsystem, 40 ... Brennstoffgas-Zufuhrsystem, 50 ... Leistungssystem, und 60 ... Controller.
  • Beste Ausführungsweise der Erfindung
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 1 zeigt eine Systemkonfiguration eines Brennstoffzellensystems 10, das als ein bordeigenes Leistungsquellensystem eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs fungiert.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 fungiert als ein bordeigenes Leistungsquellensystem, das in dem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug installiert ist, und weist folgendes auf: einen Brennstoffzellen-Stack 20, der zum Erzeugen von Leistung mit Reaktionsmittelgas (einem Brennstoffgas, einem Oxidationsgas) versorgt wird; ein Oxidationsgas-Zufuhrsystem 30, das dem Brennstoffzellen-Stack 20 Luft als das Oxidationsgas zuführt; ein Brennstoffgas-Zufuhrsystem 40, das dem Brennstoffzellen-Stack 20 Wasserstoffgas als das Brennstoffgas zuführt; ein Leistungssystem 50, welches das Laden/Entladen der Leistung steuert; und einen Controller 60, der das gesamte Brennstoffzellensystem 10 allgemein steuert.
  • Der Brennstoffzellen-Stack 20 ist ein Zellenstack vom Feststoffpolymerelektrolyt-Typ, in dem ein große Anzahl von Zellen in Reihe gestapelt ist. In dem Brennstoffzellen-Stack 20 läuft eine Oxidationsreaktion gemäß der Formel (1) in einer Anodenelektrode und eine Reduktionsreaktion gemäß der Formel (2) in einer Kathodenelektrode ab. In dem Brennstoffzellen-Stack 20 insgesamt läuft eine Elektrizität erzeugende Reaktion gemäß der Formel (3) ab. H2 → 2H+ + 2e– (1) (1/2)O2 + 2H+ + 2e– → H2O (2) H2 + (1/2)O2 → H2O (3)
  • An dem Brennstoffzellen-Stack 20 sind ein Spannungssensor 71 zum Erfassen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 und ein Stromsensor 72 zum Erfassen seines Ausgangsstroms angebracht.
  • Das Oxidationsgas-Zufuhrsystem 30 weist einen Oxidationsgas-Strömungspfad 33 auf, durch den das Oxidationsgas strömt, das der Kathodenelektrode des Brennstoffzellen-Stacks 20 zugeführt werden soll, und einen Oxidierungsabgas-Strömungspfad 34, durch den ein vom Brennstoffzellen-Stack 20 ausgegebenes Oxidierungsabgas strömt. Der Oxidationsgas-Strömungspfad 33 ist mit folgendem versehen: einem Luftverdichter 32, der das Oxidationsgas über einen Filter 31 aus der Atmosphäre aufnimmt; einen Befeuchter 35, der das von dem Luftverdichter 32 unter Druck gesetzte Oxidationsgas befeuchtet; und ein Absperrventil A1, das die Zufuhr von Oxidationsgas zum Brennstoffzellen-Stack 20 absperrt. Der Oxidierungsabgas-Strömungspfad 34 ist mit einem Absperrventil A2 versehen, das die Abgabe von Oxidierungsabgas aus dem Brennstoffzellen-Stack 20 absperrt; eine Gegendruck-Reguliereinrichtung A3, die den Eingangsdruck des Oxidationsgases reguliert; und den Befeuchter 35, der einen Wasseraustausch zwischen dem Oxidationsgas (einem Trockengas) und dem Oxidierungsabgas (einem Feuchtgas) durchführt.
  • Das Brennstoffgas-Zufuhrsystem 40 weist folgendes auf: eine Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41; einen Brennstoffgas-Strömungspfad 43, durch den das Brennstoffgas strömt, das von der Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41 zur Anodenelektrode des Brennstoffzellen-Stacks 20 zugeführt werden soll; einen Umlaufströmungspfad 44, der ein vom Brennstoffzellen-Stack 20 abgegebenes Brennstoffabgas an den Brennstoffgas-Strömungspfad 43 zurückführt; eine Umwälzpumpe 45, die das Brennstoffabgas im Umlaufströmungspfad 44 unter Druck an den Brennstoffgas-Strömungspfad 43 fördert; und einen Gas-/Wasser-Abgabeströmungspfad 46, der an den Umlaufströmungspfad 44 angeschlossen ist bzw. von diesem abzweigt.
  • Die Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41 besteht beispielsweise aus einem Hochdruck-Wasserstofftank, einer Wasserstoff speichernden Legierung oder dergleichen und bevorratet das unter einem hohen Druck (z. B. von 35 MPa bis 70 MPa) stehende Wasserstoffgas. Wenn ein Absperrventil H1 geöffnet wird, strömt das Brennstoffgas von der Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41 zum Brennstoffgas-Strömungspfad 43. Der Druck des Brennstoffgases wird durch eine Reguliereinrichtung H2 oder eine Einblaseinrichtung 42 auf beispielsweise ca. 200 kPa abgesenkt, womit das Brennstoffgas der Brennstoffzellen-Stack 20 zugeführt wird.
  • Es ist anzumerken, dass die Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41 aus einer Reformiereinrichtung bestehen kann, die ein mit Wasserstoff angereichtertes, reformiertes Gas aus einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff erzeugt, sowie einem Hochdruckgastank, in dem das von dieser Reformiereinrichtung erzeugte reformierte Gas unter hohen Druck gesetzt wird, um den Druck zu akkumulieren.
  • Der Brennstoffgas-Strömungspfad 43 ist mit folgendem versehen: dem Absperrventil H1 zum Absperren oder Zulassen der Zufuhr des Brennstoffgases von der Brennstoffgas-Zufuhrquelle 41; der Reguliereinrichtung H2 zum Regulieren des Drucks des Brennstoffgases; der Einblaseinrichtung 42 zum Steuern der Menge an Brennstoffgas, die dem Brennstoffzellen-Stack 20 zugeführt werden soll; und einem Absperrventil H3 zum Absperren der Zufuhr des Brennstoffgases zum Brennstoffzellen-Stack 20.
  • Der Umlaufströmungspfad 44 ist mit einem Absperrventil H4 zum Absperren der Abgabe des Brennstoffabgases aus dem Brennstoffzellen-Stack 20 verbunden, und der Gas-/Wasser-Abgabeströmungspfad 46 zweigt vom Umlaufströmungspfad 44 ab. Der Gas-/Wasser-Abgabeströmungspfad 46 ist mit einem Gas-/Wasser-Abgabeventil H5 versehen. Das Gas-/Wasser-Abgabeventil H5 arbeitet gemäß einem Befehl vom Controller 60, um das Verunreinigungen und Wasser enthaltende Brennstoffabgas im Umlaufströmungspfad 44 nach außen hin abzugeben. Wenn das Gas-/Wasser-Abgabeventil H5 geöffnet wird, verringert sich die Konzentration der Verunreinigungen im Brennstoffabgas des Umlaufströmungspfades 44, und die Konzentration von Wasserstoff in dem durch das Umlaufsystem umlaufenden Brennstoffabgases kann erhöht werden.
  • Das durch das Gas-/Wasser-Abgabeventil H5 abgegebene Brennstoffabgas wird mit dem durch den Oxidierungsabgas-Strömungspfad 34 strömenden Oxidierungsabgas vermischt und von einer Verdünnungseinrichtung (nicht gezeigt) verdünnt. Die Umwälzpumpe 45 zirkuliert das Brennstoffabgas im Umlaufsystem und führt es dem Brennstoffzellen-Stack 20 unter Antrieb durch einen Motor zu.
  • Das Leistungssystem 50 weist einen DC/DC-Wandler 51, eine Batterie 52, einen Traktionsumrichter 53, einen Fahrmotor 54 und Zubehörmaschinen 55 auf. Das Brennstoffzellensystem 10 ist als ein paralleles Hybridsystem aufgebaut, in dem der DC/DC-Wandler 51 und der Traktionsumrichter 53 parallel mit dem Brennstoffzellen-Stack 20 geschaltet sind. Der DC/DC-Wandler 51 hat eine Funktion zum Erhöhen einer von der Batterie 52 gelieferten Gleichstromspannung, um die Spannung an den Traktionsumrichter 53 auszugeben, und eine Funktion zum Verringern der von dem Brennstoffzellen-Stack 20 erzeugten Gleichstromleistung oder einer durch regeneratives Bremsen vom Fahrmotor 54 abgenommenen regenerativen Leistung, um die Leistung in die Batterie 52 zu laden. Durch diese Funktionen des DC/DC-Wandlers 51 wird das Laden/Entladen der Batterie 52 gesteuert. Darüber hinaus wird der Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellen-Stacks 20 gesteuert, wenn der DC/DC-Wandler 51 eine Spannungswandlungssteuerung durchführt.
  • Die Batterie 52 fungiert als eine Speicherquelle für überschüssige Leistung, als eine Speicherquelle für regenerative Energie während des regenerativen Bremsens, und als ein Energiepuffer während Lastschwankungen, die mit einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs einher gehen. Bevorzugte Beispiele für die Batterie 52 umfassen einen Nickel/Cadmium-Akkumulator, einen Nickel/Wasserstoff-Akkumulator und eine Sammelbatterie wie etwa eine Lithium-Sammelbatterie.
  • Bei dem Traktionsumrichter 53 handelt es sich beispielsweise um einen PWM-(Pulse Width Modulation; Pulsebreitenmodulation)-Umrichter, der durch ein Pulsebreitenmodulationssystem angesteuert wird und den Gleichstrompannungsausgang vom Brennstoffzellen-Stack 20 bzw. von der Batterie 52 in eine Dreiphasenwechselstromspannung wandelt, um das Drehmoment des Fahrmotors 54 gemäß einem Steuerbefehl vom Controller 60 zu steuern. Bei dem Fahrmotor 54 handelt es sich beispielsweise um einen Dreiphasenwechselstrommotor, der eine Leistungsquelle des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs darstellt.
  • Die Zubehörmaschinen 55 bezeichnen als Oberbegriff Motoren, die in Teilen des Brennstoffzellensystems 10 angeordnet sind (z. B. Leistungsquellen für Pumpen oder dergleichen), Umrichter zum Ansteuern dieser Motoren, und verschiedene Arten von bordeigenen Zubehörmaschinen (z. B. einen Luftverdichter, eine Einblaseinrichtung, eine Kühlwasser-Umwälzpumpe, einen Kühler usw.).
  • Der Controller 60 ist ein Computersystem, das eine CPU (Zentralprozessoreinheit), einen ROM (Festpeicher), einen RAM (Direktzugriffsspeicher) und eine Ein-Ausgabe-Schnittstelle umfasst und die jeweiligen Teile des Brennstoffzellensystems 10 steuert. Beispielsweise startet der Controller 60 bei Empfang eines von einem Zündschalter ausgegebenen elektromotorischen Signals IG den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 und erhält eine angeforderte Leistung des gesamten Systems auf der Grundlage eines von einem Fahrpedalsensor ausgegebenen Fahrpedal-Öffnungsgradsignals ACC, eines von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ausgebenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignals VC und dergleichen. Die angeforderte Leistung des gesamten Systems ist ein Gesamtwert aus einer Fahrzeugfahrleistung und einer Hilfsmaschinenleistung.
  • Die Hilfsmaschinenleistung umfasst hierbei die Leistung, die von den bordeigenen Zubehörmaschinen (einem Befeuchter, einem Luftverdichter, einer Wasserstoffpumpe, einer Kühlwasser-Umwälzpumpe usw.) verbraucht wird, eine Leistung, die von den für die Fortbewegung des Fahrzeugs erforderlichen Vorrichtungen (einem Getriebe, einer Lenkradsteuervorrichtung, einer Lenkvorrichtung, einer Aufhängungsvorrichtung usw.) verbraucht wird, eine Leistung, die von den in einem Fahrgastraum vorgesehenen Vorrichtungen (Klimatisierungsvorrichtung, Beleuchtungsvorrichtung, Audiogerät usw.) verbraucht wird, und dergleichen.
  • Darüber hinaus bestimmt der Controller 60 die Verteilung der vom Brennstoffzellen-Stack 20 und der Batterie 52 ausgegebenen Leistung, steuert das Oxidationsgas-Zufuhrsystem 30 und das Brennstoffgas-Zufuhrsystem 40 auf der Grundlage einer Ausgabecharakteristik-Map (Strom-Spannungs-Charakteristikkennfeld 80) des Brennstoffzellen-Stacks 20, so dass der Betrag der vom Brennstoffzellen-Stack 20 erzeugten Leistung mit einer Soll-Leistung übereinstimmt, und steuert den DC/DC-Wandler 51 zum Regulieren der Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20, wodurch der Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellen-Stacks 20 gesteuert wird. Um ein dem Öffnungsgrad des Fahrpedals entsprechendes Soll-Drehmoment zu erhalten, gibt der Controller 60 ferner an den Traktionsumrichter 53 beispielsweise Wechselstromspannung-Befehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase als Schaltbefehle aus und steuert das Ausgabedrehmoment und die Drehzahl des Fahrmotors 54.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebssteuerungsverarbeitung gemäß dem Brennstoffzellensystem 10 zeigt. Der Controller 60 befindet sich zuerst in einem Wartemodus (Schritt 101). Dieser Wartemodus wird fortgesetzt, während das Startsignal IG ausgeschaltet ist (Schritt 102: NEIN). Wenn das Startsignal IG hingegen angeschaltet wird (Schritt 102; JA), stellt der Controller 60 den Anfangswert des Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds 80 des Brennstoffzellen-Stacks 20 ein (Schritt 103). Wenn dieser Anfangswert eingestellt ist, wird eine Leerlaufspannung (OCV) als die Ausgangsspannung eingestellt, die einem Ausgangsstrom Null des Brennstoffzellen-Stacks 20 entspricht.
  • Als Nächstes führt der Controller 60 ein anfängliche Überprüfung durch, um das Vorliegen/Nichtvorliegen einer Störung zu überprüfen (Schritt 104). Beispiele für Überprüfungspunkte durch die anfängliche Überprüfung umfassen ein Wasserstoffleck des Brennstoffgas-Zufuhrsystems 40, das Vorliegen/Nichtvorliegen eines Defekts des Absperrventils H1 und weitere Probleme, die einen sicheren Zellenbetrieb stören könnten. Wenn bei der anfänglichen Überprüfung keinerlei Störung erfasst wird (Schritt 104; NEIN), schaltet der Controller 60 auf einen Normalbetriebmodus um (Schritt 105). Im Normalbetriebmodus erfasst der Controller 60 den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 für jeden vorgegebenen Berechnungszyklus und aktualisiert sukzessive das Strom-Spannungs-Charakteristikkennfeld 80 des Brennstoffzellen-Stacks 20. Beispielsweise kann der Controller 60 unter der Annahme arbeiten, dass die Spannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 durch die Funktion eines Stroms (eine Direktfunktion oder mehrere vorgegebene Funktionen) dargestellt werden kann, und kann das Strom-Spannungs-Charakteristikkennfeld 80 durch die Verwendung eines Schätzverfahrens wie etwa einer Methode der kleinsten Quadrate erstellen.
  • Der Controller 60 steuert den Betrieb des Brennstoffzellen-Stacks 20 auf der Grundlage des auf diese Weise erhaltenen Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds 80. Der Normalbetriebmodus wird unter der Bedingung fortgesetzt, dass das Startsignal IG angeschaltet ist (Schritt 106; NEIN). Darüber hinaus wird das Strom-Spannungs-Charakteristikkennfeld 80 weiterhin für jeden vorgegebenen Berechnungszyklus während der Dauer des Normalbetriebmodus aktualisiert.
  • Wenn das Startsignal IG hingegen abgeschaltet wird (Schritt 106: JA), liest der Controller 60 eine Spannung V0, die dem Ausgangsstrom Null des Brennstoffzellen-Stacks 20 entspricht, aus dem Strom-Spannungs-Charakteristikkennfeld 80 aus und gibt einen Steuerbefehl an den DC/DC-Wandler 51 aus, so dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 mit der Spannung V0 übereinstimmt (Schritt 107).
  • Wenn bei der anfänglichen Überprüfung eine Störung erfasst wird (Schritt 104; JA), liest der Controller 60 überdies die Leerlaufspannung mit dem voreingestellten Anfangswert als die Ausgangsspannung aus, die dem Ausgangsstrom Null entspricht, und gibt den Steuerbefehl an den DC/DC-Wandler 51 aus, so dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 mit der Leerlaufspannung übereinstimmt (Schritt 107). Das Brennstoffzellensystem 10 beendet seinen Zellenbetrieb infolge der vorstehenden Verarbeitung.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Leerlaufspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20 vor dem Start des Zellenbetriebs als der Anfangswert der Ausgangsspannung des Brennstoffzellen-Stacks 20, der dem Ausgangsstrom Null des Brennstoffzellen-Stacks 20 entspricht, voreingestellt, wodurch es ermöglicht wird, eine exzessive Leistungserzeugung des Brennstoffzellen-Stacks 20 zu verhindern, wenn eine Störung aufgetreten ist.

Claims (1)

  1. Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem (10), welches aufweist: eine Brennstoffzelle (20), die zum Erzeugen von Leistung mit einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas versorgt wird; und ein Brennstoffgas-Zufuhrsystem (40) mit einer Brennstoffgas-Zufuhrquelle (41), die der Brennstoffzelle (20) das Brennstoffgas zuführt, und einem Absperrventil (H1), das den Austritt des Brennstoffgases aus der Brennstoffgas-Zufuhrquelle (41) absperrt; wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte aufweist: Ansprechend auf ein Startsignal (S102), Einstellen (S103) eines Anfangswerts eines Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds (80) der Brennstoffzelle (20); und Steuern (S105, S106: NEIN) der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) auf der Grundlage der Strom-Spannungs-Charakteristik; das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass: bei der Einstellung des Anfangswerts des Strom-Spannungs-Charakteristikkennfelds (80), eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle (20) als Anfangswert der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (20) eingestellt wird, der dem Ausgangsstrom Null der Brennstoffzelle (20) entspricht, wobei das Steuerverfahren weiter aufweist: bevor der Leistungserzeugungsbetrieb der Brennstoffzelle (20) gestartet wird, Überprüfen (S104), ob ein Brennstoffgasleck des Brennstoffgas-Zufuhrsystems (40) oder ein Defekt des Absperrventils (H1) vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) vorliegt, und, wenn ein Brennstoffgasleck oder ein Defekt des Absperrventils (H1) vor der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) erfasst wird, Auslesen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle (20) mit dem eingestellten Anfangswert als Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (20), der dem Ausgangsstrom Null der Brennstoffzelle (20) entspricht und Steuern (S107) der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (20) derart, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (20) gleich der eingestellten Leerlaufspannung wird.
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