DE112008003456B4 - Verfahren zum Beurteilen einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zum Beurteilen einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Beurteilen einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle (100) in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle (100) auf Basis einer Oxidierungsgasmenge, die der Brennstoffzelle (100) während eines Aussetzbetriebs der Brennstoffzelle (100) zugeführt wird, beurteilt, umfassend die folgenden Schritte: Zuführen einer vorgegebenen Menge an Oxidierungsgas zu einer Kathode der Brennstoffzelle (100) in einem Fall, wo die Zellenspannung (Vc) der Brennstoffzelle (100) eine vorgegebene Spannungsuntergrenze (Vth1) erreicht; Messen eines tatsächlichen Zeitintervalls (Td) von einem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr; und Beurteilen der Verschlechterung der Brennstoffzelle (100) auf Basis des gemessenen tatsächlichen Zeitintervalls (Td) und eines theoretischen Zeitintervalls (Tc) ab dem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr, wobei das theoretische Zeitintervall (Tc) aus einem geschätzten Brenngasverbrauch, der aus einem Ausgangsstrom (Ifc) der Brennstoffzelle (100) ermittelt wird, ermittelt wird.

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das den Abbau bzw. die Verschlechterung der Eigenschaften eines Elektrolyten einer Brennstoffzelle auf Basis einer zugeführten Luftmenge beurteilt.
  • Technischer Hintergrund
  • Wenn ein Brennstoffzellensystem über einen langen Zeitraum in Betrieb ist, leidet ein Elektrolyt eines Brennstoffzellenstapels bzw. seine Eigenschaften werden schlechter, eine Elektrolytmembran reißt und die Differentialdruckbeständigkeit nimmt ab, wodurch es manchmal zu einer Undichtigkeit („cross leak”) kommt. Um dieses Problema zu lösen, wurde bereits ein System entwickelt, das erfasst, ob eine solche Undichtigkeit vorliegt. Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentenanmeldung Nr. JP 2006-120375 A ein Brennstoffzellensystem, in dem geurteilt bzw. entschieden wird, dass eine Undichtigkeit vorliegt, wenn die Wasserstoffkonzentration in Luft, die aus einem Brennstoffzellenstapel abgeführt wird, nicht unter einem vorgegebenen Wert liegt, um eine Brennstoffzelle möglichst schnell anzuhalten (Patentdokument 1)
  • Darüber hinaus wurde ein anderes System entwickelt, in dem während einer niedrigen Last oder während eines Leerlaufs die Leistungserzeugungsspannung der Brennstoffzelle ansteigen könnte, was die Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle begünstigen könnte, und somit wird der Anstieg der Leistungserzeugungsspannung unterdrückt, wodurch die Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle unterdrückt wird (nachstehend wird das Verfahren, mit dem verhindert wird, dass die Spannung der Brennstoffzelle auf oder über einen konstanten Wert steigt, als „Hochpotentialvermeidungs-Prozess” bezeichnet). Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-109569 A ein weiteres Brennstoffzellensystem, in dem als Mittel zur Unterdrückung der Verschlechterung einer Brennstoffzellenleistung anhand des Hochpotentialvermeidungs-Prozesses ein Luftkompressor betätigt wird, damit die Zellenspannung nicht über eine zuvor eingestellte vorgegebene Spannungsobergrenze steigt, der so gesteuert wird, dass Luft intermittierend zu einem Brennstoffzellenstapel geliefert wird (Patentdokument 2).
  • Ferner offenbart beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-103023 A ein weiteres Brennstoffzellensystem, in dem als Maßnahme zur Verhinderung der Entstehung einer Undichtigkeit beim Anhalten des Systems eine Technik angewendet wird, mit der Wasserstoff beseitigt wird, der eine Anode durchdringt und sich in einer Kathode ansammelt, wenn das System nach dem Anhalten stehen gelassen wird. Beim Starten einer Brennstoffzelle wird ein Oxidierungsgas unter Druck zugeführt, bis ein vorgegebener Druck erreicht worden ist, und das Gas wird zwischen einem Sperrventil und einem Luftdruck-Regulierungsventil eingeschlossen, wodurch Wasserstoff, der in einer Kathodenleitung vorhanden ist, verbrannt und auf einem Katalysator in der Kathode behandelt wird (Patentdokument 3).
  • Außerdem existiert ein weiteres Verfahren, bei dem, wenn die Elektrolytmembran aufgrund der Adsorption von Sauerstoff leidet, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gesenkt wird, während gleichzeitig die Luftzufuhr unterdrückt wird, damit die Brennstoffzelle in einer Reduktionsregion arbeitet, wodurch eine Katalysatorschicht aktiviert wird (dieses Verfahren wird nachstehend als „Katalysatoraktivierungs-Prozess” bezeichnet). Als eine Technik, die auf einen solchen Katalysatoraktivierungs-Prozess für die Brennstoffzelle gerichtet ist, offenbart beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2003-115318 A eine Technik, bei der eine Zellenspannung auf höchstens 0,6 V eingestellt wird und ein starker Strom fließen darf, um eine Sauerstoffreduzierungsreaktion zu bewirken, wodurch eine Platinkatalysatorschicht aktiviert wird (Patentdokument 4).
  • Falls die Wassermenge, die in Zellen enthalten ist, aus denen die Brennstoffzelle besteht, nicht auf einen geeigneten Bereich gesteuert wird, werden die Zellen zu trocken, oder ihr Feuchtigkeitsgehalt wird zu hoch, wodurch die Leistungsverschlechterung der Zellen beschleunigt wird. Um dieses Problem zu lösen, offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2005-32587 A eine Technik, bei der eine Beziehung zwischen dem tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt der Zellen und ihrer Leerlaufspannung genutzt wird. Wenn die Leerlaufspannung der Zellen unter einem ersten Schwellenwert liegt, wird entschieden, dass die Zellen trocken sind. Wenn die Leerlaufspannung höher ist als ein zweiter Schwellenwert, wird entschieden, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Zellen zu hoch ist, und der Feuchtigkeitsgehalt der Zellen wird entsprechend gesteuert (Patentdokument 5).
  • Hierbei werden Zellen insbesondere dann erheblich geschädigt bzw. ihre Leistung wird schlechter, wenn eine Zellenspannung zu niedrig ist. Daher wird die Spannungsuntergrenze der Zellen eingestellt, unter welche die Zellenspannung nicht sinken sollte. Falls die Zellenspannung unter diese Spannungsuntergrenze sinkt, wird vorzugsweise eine vorgegebene Luftmenge zugeführt, um die Spannung zu erhöhen (dieses Verfahren wird nachstehend als „Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls” bezeichnet).
    Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2006-120375 A (Absätze 0053 und 0054 usw.)
    Patentdokument 2: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-109569 A (Absätze 0044 und 0045 usw.)
    Patentdokument 3: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2007-103023 A (Absätze 0037 bis 0044 usw.)
    Patentdokument 4: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2003-115318 A (Absätze 0012 bis 0014 usw.).
    Patentdokument 5: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2005-32587 A (Absätze 0040 bis 0058 usw.).
  • Aus der DE 11 2008 001 579 T5 sowie der DE 11 2007 002 673 T5 , die Stand der Technik nach §3(2) PatG darstellen, sind weitere Brennstoffzellensysteme und dazugehörige Verfahren bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 11 2008 001 579 T5 ein Brennstoffzellensystem mit einem dazugehörigen Verfahren, bei welche, eine Beurteilungseinheit den Betriebszustand anhand des Luftverhältnisses beurteilt. Anhand einer gemessenen Oxidierungsgasmenge sowie der Strom-Spannungs-Charakteristik wird beurteilt, ob eine Auffrischaktion des Katalysators/der Membran durchgeführt wird. Weiter offenbart die DE 11 2007 002 673 T5 ein Brennstoffzellensystem, bei dem die Verschlechterung der Elektrolytmembran über die gemessene und geschätzte Oxidierungsgasmenge sowie über die Ausgangsspannung beurteilt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Problem, das von der Erfindung gelöst werden soll
  • Jedoch ist ein Wasserstoffkonzentrations-Sensor, der in einem im genannten Patentdokument 1 beschriebenen Undichtigkeitserfassungsverfahren verwendet wird, ein teurer Sensor, und daher wird anstelle der direkten Undichtigkeitserfassung, bei welcher der Wasserstoffkonzentrations-Sensor verwendet wird, das Vorhandensein einer Undichtigkeit vorzugsweise anhand eines anderen Elements geschätzt.
  • Die vorliegende Erfindung soll das genannte Problem lösen, und ihr Ziel ist die Schaffung eines Brennstoffzellensystems, welches das Vorhandensein einer Undichtigkeit auf Basis einer zugeführten Luftmenge exakt erfassen kann, um die Verschlechterung der Eigenschaften eines Elektrolyten exakt beurteilen zu können, ohne einen teuren Sensor zu verwenden.
  • Problemlösung
  • Wenn die Elektrolytmembranen von Zellen leiden und dadurch eine Undichtigkeit entsteht, wird im genannten Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls die verbrauchte Reaktionsgasmenge im Vergleich zur zugeführten Menge an Reaktionsgas (z. B. Oxidierungsgas), die für den Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls nötig ist, tendenziell höher. Daher wird überlegt, zur Lösung des genannten Problems die gemessene zugeführte Reaktionsgasmenge mit der Oxidierungsgasmenge zu vergleichen, die zu normalen Zeiten zugeführt wird, und dadurch das Vorhandensein einer Undichtigkeit zu erfassen. Die zugeführte Rektionsgasmenge ist mit der Frequenz (dem Intervall) eines Reaktionsgaszufuhr-Prozesses korreliert, und somit kann die zugeführte Reaktionsgasmenge auf Basis der Frequenz des Reaktionsgaszufuhr-Prozesses beurteilt werden, um zu schätzen, ob eine Undichtigkeit vorliegt.
  • Jedoch entspricht die zugeführte Reaktionsgasmenge nicht nur der Menge, die bei Vorhandensein einer Undichtigkeit austritt, sondern ist ein Element, das auch gemäß dem Betriebszustand eines Systems variiert. Daher kann das Vorhandensein einer Undichtigkeit auf Basis der zugeführten Reaktionsgasmenge oder der Frequenz des Reaktionsgaszufuhr-Prozesses nicht korrekt erfasst werden.
  • Daher hat der Erfinder diese Erfindung gemacht, die das Vorhandensein der Undichtigkeit auf Basis der zugeführten Reaktionsgasmenge wie folgt exakt erfassen kann.
  • Ein Verfahren zum Beurteilen der Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 beurteilt die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle auf Basis der Oxidierungsgasmenge, die während eines Aussetzbetriebs der Brennstoffzelle zur Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei das Verfahren umfasst: Zuführen einer vorgegebenen Menge an Oxidierungsgas zu einer Kathode der Brennstoffzelle in einem Fall, wo die Zellenspannung der Brennstoffzelle eine vorgegebene Spannungsuntergrenze erreicht; Messen eines tatsächlichen Zeitintervalls von einem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr; und Beurteilen der Verschlechterung der Brennstoffzelle auf Basis des gemessenen tatsächlichen Zeitintervalls und eines theoretischen Zeitintervalls ab dem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr, wobei das theoretische Zeitintervall aus einem geschätzten Brenngasverbrauch, der aus einem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle ermittelt wird, ermittelt wird.
  • Ein Verfahren zur Beurteilung einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 beurteilt die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle auf Basis der Oxidierungsgasmenge, die während eines Aussetzbetriebs der Brennstoffzelle zur Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei das Verfahren umfasst: Schätzen einer Oxidierungsgasmenge, die einer Kathodenseite der Brennstoffzelle zugeführt wird, aus einem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle; Messen einer tatsächlichen Oxidierungsgasmenge, die der Kathodenseite der Brennstoffzelle zugeführt wird; und Beurteilen der Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle auf Basis der Oxidierungsgasmenge, die aus dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle geschätzt wird, und der tatsächlich gemessenen Oxidierungsgasmenge.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zur Strömungsmenge des Reaktionsgases, das für den Aussetzbetrieb nötig ist, der Einfluss der Strömungsmenge des Reaktionsgases, das verbraucht wird, um die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten, berücksichtigt, um zu entscheiden, ob eine Undichtigkeit vorliegt oder nicht, wodurch die exakte Erfassung einer vorhandenen Undichtigkeit möglich ist und die exakte Erfassung der Verschlechterung eines Elektrolyten möglich ist.
  • Hierin ist der „Aussetzbetrieb” ein Betrieb oder ein Modus, in dem aufgrund verschiedener Situationen in einem Zeitraum ab dem Einschalten einer Leistungsquelle bis zum Ausschalten einer Leistungsquelle die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle für einen vorgegebenen Zeitraum vorübergehend unterbrochen wird.
  • Die Formulierung „um die Funktionsfähigkeit ... aufrechtzuerhalten” bezieht sich auf einen Zweck, bei dem es sich nicht um den Zweck handelt, die notwendige erzeugte Leistung zu erhalten, die für eine Systemforderung erhalten wird. Spezielle Beispiele für den Zweck sind unter anderem die Aufrechterhaltung der Haltbarkeit, der Sicherheit, der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle.
  • Hierin umfasst der Begriff „Reaktionsgas” sowohl das Oxidierungsgas (Luft) als auch ein Brenngas (ein Wasserstoffgas), und die verbrauchte Oxidierungsgasmenge weist eine Korrelation auf mit der verbrauchten Brenngasmenge, weswegen eine oder beide der Verbrauchsmengen als Parameter für die Beurteilung der Verschlechterung verwendet werden können.
  • Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Reaktionsgas, das verbraucht wird, um die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten, um das Oxidierungsgas, das für einen Hochpotentialvermeidungs-Prozess in der Brennstoffzelle verbraucht wird.
  • In dem Hochpotentialvermeidungs-Prozess, mit dem eine Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle verhindert werden soll, wird das Oxidierungsgas periodisch zugeführt, damit die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle nicht über einen vorgegebenen Schwellenwert steigt. Das Oxidierungsgas, das für diesen Hochpotentialvermeidungs-Prozess zugeführt wird, hält die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrecht und wird durch eine bestehende Undichtigkeit nicht verbraucht. Gemäß diesem Aufbau sollte nicht nur die Strömungsmenge des Oxidierungsgases, das für den Aussetzbetrieb benötigt wird, sondern auch die Strömungsmenge des Oxidierungsgases für den Hochpotentialvermeidungs-Prozess steigen, wodurch die korrekte Erfassung einer vorhandenen Undichtigkeit möglich ist.
  • Darüber hinaus ist in dem Brennstoffzellensystem beispielsweise das Reaktionsgas, das verbraucht wird, um die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten, das Oxidierungsgas, das zugeführt wird, wenn der Katalysatoraktivierungs-Prozess für die Elektrolytmembran beendet wird.
  • Im Katalysatoraktivierungs-Prozess, mit dem der oxidierte Katalysator in Zellen, aus denen die Brennstoffzelle besteht, reduziert wird, wird die zugeführte Oxidierungsgasmenge gesenkt, um die Leistungserzeugungsspannung zu senken, und eine elektrochemische Reaktion kann in einer Reduktionsregion ablaufen, weswegen nach dem Katalysatoraktivierungs-Prozess vorübergehend Oxidierungsgas zugeführt werden muss, um dadurch zu einem normalen Betriebsmodus zurückzukehren. Das Oxidierungsgas, das unmittelbar nach diesem Katalysatoraktivierungs-Prozess zugeführt wird, ist ebenfalls ein Reaktionsgas zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle und wird nicht aufgrund einer vorhandenen Undichtigkeit verbraucht. Infolgedessen kann gemäß diesem Aufbau die Strömungsmenge des Oxidierungsgases unter Ausschluss des Oxidierungsgases beurteilt werden, das am Ende Katalysatoraktivierungs-Prozesses nötig ist, bei dem es sich um eine Ausgestaltung des Prozesses zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle handelt, wodurch die exakte Erfassung der Verschlechterung des Elektrolyten möglich ist.
  • Hierbei kann das Brennstoffzellensystem aufweisen: Mittel zum Zuführen der vorgegebenen Oxidierungsgasmenge, wenn die Zellenspannung der Brennstoffzelle eine vorgegebene Spannungsuntergrenze erreicht; Mittel zum Messen des tatsächlichen Zeitintervalls der Oxidierungsgaszufuhr; und Verschlechterungsbeurteilungsmittel zum Beurteilen der Leistungsverschlechterung der Brennstoffzelle auf Basis des gemessenen tatsächlichen Zeitintervalls für die Oxidierungsgaszufuhr und des theoretischen Zeitintervalls für die Oxidierungsgaszufuhr, wenn die Elektrolytmembran der Brennstoffzelle normal ist.
  • Gemäß diesem Aufbau wird das Oxidierungsgas als das Reaktionsgas für den Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls periodisch zugeführt, aber das ideale Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr, wenn die Elektrolytmembran der Brennstoffzelle normal ist, muss dem tatsächlich gemessenen tatsächlichen Zeitintervall im Wesentlichen gleich sein. Wenn jedoch eine Undichtigkeit vorhanden ist, steigt die verbrauchte Oxidierungsgasmenge, und das Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr wird kürzer, wodurch die Erfassung einer vorhandenen Undichtigkeit möglich wird. Statt eines Wasserstoffkonzentrations-Sensors oder eines Reaktionsgasdurchsatz-Sensors kann daher das Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr verwendet werden, und somit kann die Verschlechterung des Elektrolyten auf kostengünstige Weise erfasst werden.
  • Darüber hinaus misst in dem Brennstoffzellensystem das Mittel zum Messen des tatsächlichen Zeitintervalls für die Oxidierungsgaszufuhr das tatsächliche Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr vorzugsweise unter Ausschluss des Oxidierungsgases, das unmittelbar nach dem Katalysatoraktivierungs-Prozess zugeführt wird, wenn das tatsächliche Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr gemessen wird.
  • Die Oxidierungsgaszufuhr unmittelbar nach dem Ende des Katalysatoraktivierungs-Prozesses ist ein Verfahren, in dem eine nicht-normale bzw. außergewöhnliche Oxidierungsgaszufuhr durchgeführt wird, die mit einem nicht-normalen bzw. außergewöhnlichen Verfahren, wie dem Katalysatoraktivierungs-Prozess, einhergeht. Daher wird gemäß einer solchen Ausgestaltung der Oxidierungsgaszufuhr-Prozess unmittelbar nach dem Katalysatoraktivierungs-Prozess ausgeschlossen, wenn das tatsächliche Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr gemessen wird, wodurch eine exakte und kostengünstige Erfassung der Verschlechterung des Elektrolyten möglich ist.
  • Ferner weist das Brennstoffzellensystem auch auf: eine Beziehungstabelle, in der eine Beziehung zwischen der von der Brennstoffzelle verbrauchten Brenngasmenge und dem theoretischen Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr, die sich mit steigender Brenngas-Verbrauchsmenge ändert, aufgezeichnet ist; Mittel zum Schätzen der von der Brennstoffzelle verbrauchten Brenngasmenge auf Basis des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle; und Mittel zum Ermitteln des theoretischen Zeitintervalls für die Oxidierungsgaszufuhr gemäß der verbrauchten Brenngasmenge, die unter Bezug auf die Beziehungstabelle geschätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlechterungsbeurteilungsmittel die Verschlechterung des Elektrolyten aufgrund dessen schätzt, ob oder ob nicht das gemessene tatsächliche Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr kürzer ist als das theoretische Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr, das der ermittelten Brenngas-Verbrauchsmenge entspricht.
  • Wenn die Höhe der Leistung, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, aufgrund einer Maßnahme für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle steigt, steigt die verbrauchte Brenngasmenge, und die verbrauchte Oxidierungsgasmenge steigt dementsprechend auch. Gemäß diesem Aufbau ist in der Beziehungstabelle die verbrauchte Oxidierungsgasmenge aufgezeichnet, die der Brenngasmenge entspricht, die während einer normalen Zeit verbraucht wird, d. h. während eines theoretischen Zeitintervalls für die Oxidierungsgaszufuhr. Daher kann auch in einem Fall, wo die für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit verbrauchte Brenngasmenge zunimmt und das tatsächliche Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr dementsprechend kürzer wird, unter Bezugnahme auf die Beziehungstabelle das theoretische Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr in einem Fall, wo die verbrauchte Brenngasmenge zunimmt, ermittelt werden. Das theoretische Zeitintervall kann mit dem gemessenen tatsächlichen Zeitintervall für die Oxidierungsgaszufuhr verglichen werden, um das Vorhandensein/Nichtvorhandensein einer Undichtigkeit korrekt zu beurteilen.
  • Darüber hinaus kann in der vorliegenden Erfindung die Oxidierungsgasmenge, die durch Subtrahieren der Reaktionsgasmenge, die für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit verbraucht wird, von der Reaktionsgasmenge, die für den Aussetzbetrieb zugeführt wird, erhalten wird, als Undichtigkeitsmenge in der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle geschätzt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung wird einfach überlegt, dass eine Beziehung Q ≈ Q1 + Q2 besteht, wobei Q die Menge (die Gesamtmenge) des Reaktionsgases ist, das für den Aussetzbetrieb zugeführt wird, Q1 die Menge des Reaktionsgases ist, die für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit verbraucht wird, und Q2 die Undichtigkeitsmenge in der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle ist. Daher kann in einem Fall, wo die Menge Q1 des Reaktionsgases, die für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit verbraucht wird, direkt durch ein Erfassungsmittel, wie einen Sensor erhalten wird, oder indirekt durch eine Berechnung für eine Computerschätzung erhalten wird, die Undichtigkeitsmenge Q2 durch Berechnen von Q2 ≈ Q – Q1 geschätzt werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle unter Berücksichtigung der Strömungsmenge eines Reaktionsgases, das während eines Aussetzbetriebs zugeführt wird, und der Strömungsmenge des Reaktionsgases, das für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle verbraucht wird, beurteilt, wodurch die korrekte Erfassung einer vorhandenen Undichtigkeit auf Basis der zugeführten Reaktionsgasmenge möglich ist und die exakte Beurteilung der Verschlechterung eines Elektrolyten möglich ist, ohne dafür einen teuren Sensor zu brauchen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Aufbauskizze, die den gesamten Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Aufbauskizze, die den Aufbau eines Funktionsblocks in einer Steuereinheit 5 des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Lufteinblasintervall und einer Zellenspannung zeigt;
  • 4 ist ein Graph, der die Eigenschaften einer Beziehung zwischen einer Brenngas-Verbrauchsmenge, die aus einem Leistungserzeugungsstrom geschätzt wird, und einem theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervall zeigt;
  • 5 ist ein Ablaufschema, das einen Arbeitsablauf bei der Ausführung einer Beurteilung der Verschlechterung eines Elektrolyten in einem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ist in Graph, der eine Beziehung zwischen einem Lufteinblasintervall und einer Zellenspannung in einem Fall zeigt, wo eine Katalysatoraktivierungsbehandlung durchgeführt wird;
  • 7 ist ein Ablaufschema, das einen Arbeitsablauf bei der Ausführung einer Beurteilung der Verschlechterung eines Elektrolyten in einem Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 8 ist ein Aufbauschema, das einen Aufbau von Funktionsblöcken in einer BZ-Steuereinheit 52 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nun werden bevorzugte Ausführungsformen für die Ausführung der vorliegenden Erfindung in der Reihenfolge erste Ausführungsform und zweite Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf ein Hybrid-Brennstoffzellensystem angewendet, das in einem Elektroauto installiert ist. Darüber hinaus dienen die Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung des Aufbaus der Anwendung der vorliegenden Erfindung und beschränken die vorliegende Erfindung nicht.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 ist ein Aufbauschema, das den Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Wie in 1 dargestellt, besteht das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus einem Brenngas-Zufuhrsystem 1, das ein Brenngas (ein Anodengas und ein Wasserstoffgas) zu einer weiter unten beschriebenen Brennstoffzelle 100 liefert; einem Kathodengas-Zufuhrsystem 2, das ein Oxidierungsgas (ein Kathodengas und Luft) zur Brennstoffzelle 100 liefert; einem Leistungssystem 4; und einer Steuereinheit 5 (einem Steuermittel), die (bzw. das) eine notwendige Steuerung durchführt. Das Brenngas und das Oxidierungsgas werden mit dem Überbegriff Reaktionsgas bezeichnet.
  • Die Brennstoffzelle 100 weist eine Stapelstruktur auf, in der eine Vielzahl von Zellen (Einheitszellen) gestapelt sind. Jede Zelle weist eine Struktur auf, in der ein Leistungsgenerator, der als Membran/Elektroden-Anordnung (MEA) bezeichnet wird, zwischen einem Paar Separatoren, die Leitungen für das Brenngas, das Oxidierungsgas und für Kühlwasser aufweisen, angeordnet ist. Die MEA weist eine Struktur auf, bei der eine Polymerelektrolytmembran zwischen zwei Elektroden einer Anode und einer Kathode angeordnet ist. Die Anode weist einen Aufbau auf, bei dem eine Katalysatorschicht für einen Brennstoffpol auf einer porösen Trägerschicht vorgesehen ist, und die Kathode weist einen Aufbau auf, bei dem eine Katalysatorschicht für einen Anodenpol auf einer porösen Trägerschicht vorgesehen ist. Außerdem kann für die Ausführung der Brennstoffzelle ein Phosphorsäure-Typ, ein Schmelzkarbonat-Typ oder dergleichen verwendet werden. Die Katalysatorschichten dieser Elektroden weisen einen Aufbau auf, der durch Anbringen von z. B. Platinteilchen erhalten wird.
  • Die Brennstoffzelle 100 bewirkt die rückwärts gerichtete Reaktion der Wasserelektrolyse, und Wasserstoff wird als Brenngas vom Brenngas-Zufuhrsystem 1 zu einer Anoden-(Kathoden-)Seite geliefert. Luft als sauerstoffhaltiges Oxidierungsgas wird vom Oxidierungsgas-Zufuhrsystem 2 zu einer Kathoden-(Anoden-)Seite geliefert. Eine Reaktion der Formel (1) läuft auf der Anodenseite ab, und eine Reaktion der Formel (2) läuft auf der Kathodenseite ab, um Elektronen kreisen zu lassen, wodurch ein Strom fließen kann. H2 → 2H+ + 2e– (1) 2H+ + 2e– + (1/2)O2 → H2O (2)
  • Das Brenngas-Zufuhrsystem 1 weist auf: einen Wasserstofftank 10 als Wasserstoffgas-Zufuhrquelle; einen Brenngas-Zufuhrweg 11; einen Brennstoffabgas-Abfuhrweg 12; und einen Brenngas-Drucksensor 13, der den Gasdruck des Wasserstoffgases misst, um die Undichtigkeit bzw. den Austritt (Cross Leak) des Wasserstoffgases zu erfassen. Außerdem kann das Brenngas-Zufuhrsystem eine Wasserstoffpumpe zum Umwälzen des Wasserstoffgases und ein Hauptventil, ein Regulierungsventil, ein Sperrventil, ein Rückschlagventil, einen Gas/Flüssigkeit-Separator und dergleichen, die für die Handhabung/Steuerung des Wasserstoffgases nötig sind (nicht dargestellt), aufweisen.
  • Ein Hochdruck-Wasserstoffgas wird in den Wasserstofftank 10 geladen. Als Wasserstoff-Zufuhrquelle können außer dem Hochdruck-Wasserstofftank andere Quellen, wie ein Wasserstofftank, der eine Wasserstoff-speichernde Legierung verwendet, ein Wasserstoff-Zufuhrmechanismus anhand eines reformierten Gases, ein Flüssigwasserstoff-Speichertank und ein Tank für verflüssigten Brennstoff verwendet werden. Der Brenngas-Zufuhrweg 11 ist eine Leitung, die das unter hohem Druck stehende Wasserstoffgas liefert, und kann auf halber Länge ein Druckregulierungsventil (den Regler) aufweisen. In der Brennstoffzelle 100 wird das vom Brenngas-Zufuhrweg 11 gelieferte Wasserstoffgas über eine Zweigleitung zur Anodenseite der einzelnen Einheitszellen geliefert, bewirkt eine elektrochemische Reaktion in der Anode der MEA und wird dann als Brennstoffabgas (ein Wasserstoffabgas) ausgeführt. Der Brennstoffabgas-Abfuhrweg 12 ist ein Weg, auf dem das aus der Brennstoffzelle 100 ausgeführte Brennstoffabgas abgeführt wird, und kann mit einem Umwälzweg versehen sein. Der Umwälzweg weist einen Aufbau auf, in dem das Brenngas durch ein Rückschlagventil oder einen Ejektor (nicht dargestellt) wieder in den Brenngas-Zufuhrweg zurückgeführt wird.
  • Das Oxidierungsgas-Zufuhrsystem 2 weist einen Kompressor 20, einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg 21 und einen Oxidierungsabgas-Abfuhrweg 22 auf. Außerdem kann das System einen Befeuchter, der die Feuchtigkeit der Luft als dem Oxidierungsgas steuert, einen Gas/Flüssig-Separator, der ein Oxidierungsabgas (ein Luftabgas) entfernt, einen Verdünner zum Mischen des Oxidierungsabgases mit dem Brennstoffabgas, einen Schalldämpfer oder dergleichen aufweisen, die aber in 1 nicht dargestellt sind.
  • Der Kompressor 20 verdichtet Luft, die aus einem Luftreiniger oder dergleichen geholt wird, auf Basis eines Steuersignals CCOMP und ändert die Luftmenge oder einen Luftdruck, um die Luft zur Kathodenseite der Brennstoffzelle 100 zu liefern. Die Luft, die aus dem Oxidierungsgas-Zufuhrweg 21 in der Brennstoffzelle 100 geliefert wird, wird auf die gleiche Weise wie das Wasserstoffgas durch eine Zweigleitung zur Kathodenseite jeder Einheitszelle geliefert, bewirkt eine elektrochemische Reaktion in der Kathode der MEA und wird dann als Oxidierungsabgas abgeführt. Das aus der Brennstoffzelle 100 abgeführte Oxidierungsabgas wird verdünnt und zusammen mit dem Brennstoffabgas abgeführt.
  • Das Leistungssystem 4 weist eine Batterie 40, einen Gleichstromwandler 41, einen Traktions-Wechselrichter 42, einen Fahrmotor 43, einen Hilfsmaschinen-Wechselrichter 44, eine Hochdruck-Hilfsmaschine 45, einen Batterie-Computer 46, einen Stromsensor 47, einen Spannungssensor 48, der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle misst, eine Gegenstromverhinderungs-Diode 49 und dergleichen auf.
  • Die Batterie 40 ist eine aufladbare/entladbare Sekundärzelle. Als Batterie können verschiedene Arten von Sekundärzellen, beispielsweise eine Nickel/Wasserstoff-Batterie, verwendet werden. Anstelle der Sekundärbatterie kann ein aufladbarer/entladbarer Akku, beispielsweise ein Kondensator, verwendet werden. In der Batterie 40 kann eine Vielzahl von Batterieeinheiten zur Erzeugung einer Leistung mit einer konstanten Spannung gestapelt und in Reihe geschaltet werden, um eine hohe Spannung auszugeben.
  • Der Batterie-Computer 46 ist an einer Ausgangsklemme der Batterie 40 vorgesehen und kann mit einer Steuereinheit 3 kommunizieren. Der Batterie-Computer 46 überwacht den Ladungszustand der Batterie 40, hält einen angemessenen Ladungsbereich aufrecht, so dass die Batterie nicht überladen oder zu tief entladen wird, und meldet der Steuereinheit 3, falls die Batterie einen Zustand wie einen Überladungszustand oder einen zu tiefen Entladungszustand aufweist.
  • Der Gleichstromwandler 41 entspricht einem Leistungswandlungsmittel zum Anheben oder Absenken der Spannung zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite auf Basis eines Steuersignals CCONV, um eine Leistung zirkulieren zu lassen. Beispielsweise wird die Ausgangsspannung der Batterie 40 auf der Primärseite auf die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 100 auf der Sekundärseite erhöht, und die Leistung wird zu einem Verbraucher, wie dem Fahrmotor 43 oder der Hochdruck-Hilfsmaschine 45 geliefert. Dagegen wird die überschüssige Leistung der Brennstoffzelle 100 oder eine regenerative Leistung vom Verbraucher auf der Sekundärseite verringert und wird weitergeleitet, um die Batterie 40 auf der Primärseite zu laden.
  • Der Traktionswechselrichter 42 wandelt einen Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom um, um den Strom zum Fahrmotor 43 zu liefern. Der Fahrmotor 43 ist beispielsweise ein Dreiphasenmotor und ist eine Hauptleistungsquelle für ein Auto, in dem das Brennstoffzellensystem eingebaut ist.
  • Der Hilfsmaschinen-Wechselrichter 44 ist ein Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlungsmittel zum Ansteuern der Hochdruck-Hilfsmaschine 45. Die Hochdruck-Hilfsmaschine 45 umfasst verschiedene Arten von Motoren, die für den Betrieb des Brennstoffzellensystems nötig sind, beispielsweise die Motoren für den Kompressor 20, eine Wasserstoffpumpe und ein Kühlsystem.
  • Der Stromsensor 47 erfasst die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 100 und gibt ein Stromerfassungssignal Si an die Steuereinheit 5 aus. Der Spannungssensor 48 erfasst die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 100 und gibt ein Spannungserfassungssignal Se an die Steuereinheit 5 aus. Ein Zellenmonitor 101 erfasst die Zellenspannung eines Teils der Zellen oder aller Zellen der Brennstoffzelle 100 und gibt ein Zellenspannungs-Erfassungssignal Sc an die Steuereinheit 5 aus.
  • Die Steuereinheit 5 besteht aus zwei Steuereinheiten, von denen eine eine HV-Steuereinheit 51 ist, die einen Hybridfahrbetrieb steuert, und die andere Steuereinheit ist eine BZ-Steuereinheit 52, die den Betrieb der Brennstoffzelle steuert. Jede der Steuereinheiten ist als Mehrzweck-Computer aufgebaut, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen RAM, einen ROM, eine Schnittstellenschaltung und dergleichen aufweist, und eine gegenseitige Kommunikation ermöglicht die Steuerung des gesamten Systems. Die HV-Steuereinheit 51 führt sukzessive ein Software-Programm aus, das in einem internen ROM oder dergleichen gespeichert ist, um hauptsächlich das Leistungssystem 4 zu steuern. Genauer steuert die HV-Steuereinheit 51 die Leistungszirkulation unter diesen Elementen angesichts der von der Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistung, der in der Batterie 40 geladenen Leistung und der von verschiedenen Motoren verbrauchten Leistung. Außerdem können ein Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls, ein Hochpotentialvermeidungs-Prozess und ein Teil eines Katalysatorschichtaktivierungs-Prozesses ausgeführt werden. Darüber hinaus führt die BZ-Steuereinheit 52 sukzessive das Software-Programm aus, das im internen ROM oder dergleichen gespeichert ist, um das gesamte Brennstoffzellensystem zu steuern, das hauptsächlich das Anodengas-Zufuhrsystem 1 und das Anodengas-Zufuhrsystem 2 beinhaltet. Außerdem kann ein Teil des Katalysatorschichtaktivierungs-Prozesses ausgeführt werden.
  • 2 ist ein Aufbauschema, das den Aufbau von Funktionsblöcken in der Steuereinheit 5 des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt, ist die Steuereinheit 5 in die HV-Steuereinheit 51 und die BZ-Steuereinheit 52 geteilt, wie oben beschrieben. Die HV-Steuereinheit 51 weist eine Leistungssystem-Steuereinheit 511, eine Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit 512 und einen Teil einer Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 auf. Die BZ-Steuereinheit 52 weist eine Verarbeitungseinheit zur Verhinderung eines Zellenspannungsabfalls 521, eine Verschlechterungsbeurteilungseinheit 522 gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Teil der Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 auf.
  • Die Leistungssteuereinheit 511 ist ein Funktionsblock, der die gesamte Leistungszirkulation in der Brennstoffzelle 100, der Batterie 40, verschiedenen Motoren und dergleichen steuert. Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren werden eingegeben, um eine Lastverteilung zwischen der Brennstoffzelle 100 und der Batterie 40 zu bestimmen, und es wird die Steuerung der Aufladung der Batterie 40 im Falle der Zufuhr von regenerativer Leistung oder dergleichen durchgeführt.
  • Die Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit 512 ist ein Funktionsblock, der den Hochpotentialvermeidungs-Prozess ausführt. Genauer beurteilt die Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit 512, ob eine Ausgangsspannung Vfc oder eine Zellenspannung Vc der Brennstoffzelle 100 einen vorgegebenen Schwellenwert für die Spannung zur Vermeidung eines hohen Potentials überschreitet oder nicht, mit Bezug auf das Spannungserfassungssignal Se, das vom Spannungssensor 48 ausgegeben wird, und/oder das Zellenspannungs-Erfassungssignal Sc, das vom Zellenmonitor 101 ausgegeben wird. Wenn die Spannung den Schwellenwert für die Spannung zur Vermeidung eines hohen Potentials überschreitet, wird ein Steuersignal SCONV an den Gleichstromwandler 41 ausgegeben, um eine Sekundärseitenspannung, d. h. die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 100, zu senken. Darüber hinaus gibt die Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit das Steuersignal CCOMOP an den Kompressor 20 aus, um Luft als Kompensation der erzeugten Leistungsmenge zuzuführen, die gemäß dem Absinken der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zunimmt.
  • Die Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 ist ein Funktionsblock, der einen Katalysatoraktivierungs-Prozess ausführt. Genauer begrenzt die Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 unter vorgegebenen Bedingungen der Ausführung eines Niedrigeffizienzbetriebs, wie eines Aussetzbetriebs, die Zufuhr an Oxidierungsgas und an Brenngas periodisch oder falls aus der Zellenspannung Vc oder dergleichen beurteilt werden kann, dass die Oxidation des Katalysators der Elektrolytmembran fortschreitet. Darüber hinaus wird die Sekundärseitenspannung des Gleichstromrichters 41 allmählich auf eine Katalysatoraktivierungs-Sollspannung gesenkt, um das Fortschreiten der elektrochemischen Reaktion in der Reduktionsregion des Katalysators zu halten, wodurch der Katalysator aktiviert wird (auch als Auffrischen bezeichnet). Die Katalysatoraktivierungsspannung wird über eine konstante Zeit gehalten, und dann wird der Gleichstromwandler so gesteuert, dass ein Mangel an Oxidierungsgas aufgrund des Katalysatoraktivierungs-Prozesses kompensiert wird, wodurch eine konstante Menge an Oxidierungsgas für einen Zeitraum zugeführt wird (dieses Verfahren wird hierin in Folgenden als „Lufteinblasen” bezeichnet.
  • Die Verarbeitungseinheit zur Verhinderung eines Zellenspannungsabfalls 521 ist ein Funktionsblock, der den Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls ausführt. Genauer beurteilt die Verarbeitungseinheit zur Verhinderung eines Zellenspannungsabfalls 521 unter Bezug auf das Zellenspannungs-Erfassungssignal Sc vom Zellenmonitor 101, ob die Zellenspannung während des Aussetzbetriebs unter einer vorgegebenen Spannungsuntergrenze liegt. Darüber hinaus wird der Kompressor 20, wenn die Zellenspannung unter der Spannungsuntergrenze liegt, über eine konstante Zeit angesteuert, um die konstante Menge an Oxidierungsgas (eingeblasener Luft) zuzuführen, um dadurch die Zellenspannung zu erhöhen. Die Zufuhr von Reaktionsgas wird während des Aussetzbetriebs prinzipiell unterbrochen, und die Zellenspannung sinkt, wenn das Oxidierungsgas im Verlauf der konstanten Zeit nach dem Einblasen der Luft zu wenig wird, wodurch erneut ein Einblasen von Luft notwendig wird. Das heißt, die Verarbeitungseinheit zur Verhinderung eines Zellenspannungsabfalls 521 führt das Einblasen von Luft während des Aussetzbetriebs periodisch durch.
  • Die Verschlechterungsbeurteilungseinheit 522 ist ein Funktionsblock, der die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle 100 unter Berücksichtigung sowohl der Strömungsrate des Oxidierungsgases, das während des Aussetzbetriebs zugeführt wird, als auch der Strömungsrate des Oxidierungsgases, das für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle 100 gemäß der vorliegenden Erfindung verbraucht wird, beurteilt. Genauer weist die Verschlechterungsbeurteilungseinheit 522 eine Beziehungstabelle 523, ein Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524, ein Mittel 525 zur Ermittlung des theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervalls, ein Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls und ein Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 auf.
  • Die Beziehungstabelle 523 ist eine Tabelle, in der eine Beziehung zwischen der Brenngas-Verbrauchsmenge (der Brenngas-Zufuhrmenge, die während des Aussetzbetriebs benötigt wird) und dem theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervall, das sich mit steigender Brenngas-Verbrauchsmenge ändert (im Folgenden auch als „theoretisches Zeitintervall”), aufgezeichnet ist und die in einem Speicherabschnitt der Steuereinheit 5 gespeichert ist. Wenn beispielsweise die Brenngas-Zufuhrmenge von der Molzahl bestimmt wird und das Luftzufuhr-Zeitintervall (das Lufteinblasintervall) anhand der Sekundenzahl ermittelt werden kann, reguliert die Beziehungstabelle 523 eine Beziehung der Sekundenzahl, die dem Luftzufuhr-Zeitintervall entspricht, zur Molzahl des Brenngases (siehe 4).
  • Das Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 ist ein Funktionsblock, der die verbrauchte Brenngasmenge pro Zeiteinheit während des Aussetzbetriebs auf Basis eines Ausgangsstroms Ifc der Brennstoffzelle 100, der auf Basis des vom Stromsensor 47 ausgegebenen Erfassungssignals Si erfasst wird, schätzt. Hierbei handelt es sich bei der vom Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 geschätzten Brenngas-Verbrauchsmenge um die gesamte Brenngas-Verbrauchsmenge, die aus dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle geschätzt wird, und beinhaltet sowohl die Brenngas-Verbrauchsmenge, die für den Aussetzbetrieb nötig ist, als auch die Brenngas-Verbrauchsmenge, die während der Ausführung des Hochpotentialvermeidungs-Prozesses steigt.
  • Das Mittel 525 zur Ermittlung des theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervalls ist ein Funktionsblock, der das theoretische Luftzufuhr-Zeitintervall ermittelt, das der Brenngas-Verbrauchsmenge entspricht, die vom Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 unter Bezug auf die Beziehungstabelle 523 geschätzt wird. Das ermittelte theoretische Luftzufuhr-Zeitintervall, das der Brenngas-Verbrauchsmenge entspricht, reflektiert die Erhöhung der Oxidierungsgas-Verbrauchsmenge für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle im Hochpotentialvermeidungs-Prozess oder dergleichen.
  • Das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls ist ein Funktionsblock, der das Intervall der Lufteinblasung misst, die unter der Steuerung der Verarbeitungseinheit zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls 521 durchgeführt wird, d. h. das tatsächliche Luftzufuhr-Zeitintervall (im Folgenden auch als „tatsächliches Zeitintervall” bezeichnet). Hierbei vergleicht das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls das Zeitintervall mit dem Zeitintervall für die Lufteinblasung, die der Brenngas-Verbrauchsmenge entspricht, unter Ausschluss der Lufteinblasung unmittelbar nach dem Ende des Katalysatoraktivierungs-Prozesses von der tatsächlich durchgeführten Lufteinblasung. Dies wird ausführlicher in der zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 ist ein Funktionsblock, der berücksichtigt, dass das tatsächliche Zufuhr-Zeitintervall für die Luftzufuhr, das vom Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls gemessen wird, der Brenngas-Verbrauchsmenge entspricht, und beurteilt, ob das Zeitintervall kürzer ist als das theoretische Luftzufuhr-Zeitintervall, das vom Mittel 525 zum Ermitteln des theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervalls ermittelt wird, um die Verschlechterung des Elektrolyten der Brennstoffzelle 100 zu beurteilen.
  • (Beschreibung der Arbeitsschritte)
  • Nun werden die Schritte des Prozesses für die Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten des Brennstoffzellenstapels im Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Intervall der Lufteinblasung, die vom Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls durchgeführt wird, und einer Zellenleerlaufspannung während des Aussetzbetriebs.
  • Wie in 3 dargestellt, stellt das Brennstoffzellensystem eine Spannungsuntergrenze Vth1, unter die die Zellenspannung nicht sinken sollte, für den Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls ein. Die Verarbeitungseinheit zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls 521 überwacht die Zellenspannung Vc, die vom Zellenmonitor 101 erfasst wird, und führt die Lufteinblasung über eine vorgegebene Zeit durch, wenn die Zellenspannung Vc die Spannungsuntergrenze Vth1 erreicht. Wenn die Lufteinblasung durchgeführt wird, wird das Oxidierungsgas zugeführt, damit sich die Zellenspannung Vc vorübergehend erholen kann. Wenn jedoch das Oxidierungsgas nach der Lufteinblasung erneut zu wenig wird, beginnt die Zellenspannung Vc zu sinken. Wenn die Zellenspannung die Spannungsuntergrenze Vth1 erreicht, wird die Lufteinblasung erneut ausgeführt. Es wird davon ausgegangen, dass aufgrund der Beziehungen der obigen Formeln (1) bis (3) das Zeitintervall für die Lufteinblasung der verbrauchten Oxidierungsgasmenge entspricht, die für den Aussetzbetrieb nötig ist, solange das Oxidierungsgas nicht im Übermaß verbraucht wird, um die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten, und dass die verbrauchte Oxidierungsgasmenge auch der verbrauchten Brennstoffmengen entspricht. Wenn die verbrauchte Brenngasmenge erfasst werden kann, kann daher die zugeführte Brenngasmenge (das theoretische Zeitintervall) erfasst werden. Die verbrauchte Brenngasmenge kann aus dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 100 auf Basis der Beziehungen der obigen Formeln (1) bis (3) berechnet werden. In der Beziehungstabelle 523 ist das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc aufgezeichnet, das aus der zugeführten Oxidationsgasmenge, die für die verbrauchte Brennstoffmenge nötig ist, erhalten wird.
  • 4 zeigt eine Beziehung zwischen einer verbrauchten Brenngas(Wasserstoff)-Menge, die aus einem Leistungserzeugungsstrom und dem theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervall geschätzt wird, wie in der Beziehungstabelle 523 aufgezeichnet. Eine durchgezogene Linie zeigt Beziehungskennwerte f1 zwischen der Brenngas-Verbrauchsmenge und dem theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervall in einem Fall, wo das Oxidierungsgas nur für den Aussetzbetrieb zugeführt wird.
  • In dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet und schätzt das Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 die verbrauchte Brenngasmenge auf Basis des Ausgangsstroms Ifc der Brennstoffzelle 100, und das Mittel zum Ermitteln eines Luftzufuhr-Zeitintervalls 525 ermittelt auf Basis der berechneten Brennstoff-Verbrauchsmenge das Zeitintervall für die Lufteinblasung in einem Fall, wo nur das Oxidierungsgas, das für den Aussetzbetrieb benötigt wird, zugeführt wird, aus den Kennwerten f1 mit Bezug auf die Beziehungstabelle 523, in der die Beziehung zwischen der verbrauchten Brenngasmenge und dem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall aufgezeichnet ist, wie in 4 dargestellt.
  • Dagegen misst das Mittel zum Messen eines Luftzufuhr-Zeitintervalls 526 das Lufteinblasungs-Zeitintervall Td in der Zellenspannungsabfall-Verarbeitungseinheit 521 tatsächlich. Wenn das Brenngas nur für den Aussetzbetrieb verwendet wird, sollte das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc, das aus der verbrauchten Brenngasmenge geschätzt wird, dem tatsächlich gemessenen tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervall Td entsprechen. Wenn eine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle vorliegt, wird die Rate, mit der die Zellenspannung Vc sinkt, hoch, wodurch das tatsächlich gemessene Lufteinblasungs-Zeitintervall Td kürzer wird.
  • Um dieses Problem zu lösen, vergleicht das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc, das unter Bezug auf die Beziehungstabelle 523 ermittelt wurde, mit dem tatsächlich gemessenen tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervall Td, um zu beurteilen, ob das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc dem tatsächlichen Zeitintervall im Wesentlichen gleich ist oder nicht. Wenn das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td in einem Toleranzbereich (z. B. einer Toleranz m) liegt, der in Bezug auf ein theoretisches Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc1 eingestellt wird, wird in der vorliegenden Ausführungsform geurteilt, dass der Zustand der Elektrolytmembran normal ist. Wenn das tatsächliche Zeitintervall jenseits der Toleranz m unter dem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc liegt, wird geurteilt, dass eine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran vorhanden ist. Üblicherweise liegt ein gewisser Rechenfehler oder mechanischer Fehler in dem System vor, und somit wird eine solche Toleranz eingestellt, weswegen dann, wenn das tatsächliche Zeitintervall in dem Toleranzbereich liegt, vorzugsweise geurteilt wird, dass das Zeitintervall dem theoretischen Zeitintervall gleich ist. Die Toleranz m kann angesichts des Rechenfehlers oder des mechanischen Fehlers des Systems passend eingestellt werden.
  • Wenn die verbrauchte Brenngasmenge, die aus dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle geschätzt wird, beispielsweise M in 4 ist, zeigt sich unter Bezugnahme auf die Beziehungskennwerte F1, dass in einem Fall, wo davon ausgegangen wird, dass die Lufteinblasung nur für den Aussetzbetrieb durchgeführt wird, Tc1 das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall ist.
  • Wenn das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td1 ist, dann liegt das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td1 im Bereich der Toleranz m ab dem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc1. Daher kann geurteilt werden, dass das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td1 ein normaler Wert ist und dass in der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle keine Undichtigkeit vorhanden ist.
  • Wenn dagegen das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td2 ist, dann ist das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td2 ein kurzer Zeitraum, der außerhalb des Toleranzbereichs m ab dem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc1 liegt. In diesem Fall kann geurteilt werden, dass ein Oxidierungsgasverlust jenseits der zugeführten Oxidierungsgasmenge, die vom Aussetzbetrieb verbraucht wird, vorliegt, und somit kann geurteilt werden, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein einer Undichtigkeit in der Zellen-Elektrolytmembran besteht.
  • Wenn das tatsächlich gemessene tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td über die Toleranz ab dem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc hinaus verlängert ist, kann darüber hinaus geurteilt werden, dass eine weitere Störung, welche die zugeführte Oxidierungsgasmenge verkleinert, zusätzlich zu der Undichtigkeit vorliegt.
  • (Beurteilungsprozess in einem Fall, wo der Hochpotentialvermeidungs-Prozess durchgeführt wird)
  • Falls auch eine Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle zusätzlich zu der Leistung, die für den Aussetzbetrieb benötigt wird, verwendet wird, steigt ferner der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle, und die verbrauchte Brenngasmenge wird größer. Falls die verbrauchte Brenngasmenge größer wird, wird die zugeführte Oxidierungsgasmenge dementsprechend größer, und das Zeitintervall für die Lufteinblasung wird demgemäß kürzer. Dies ist in 3 dargestellt.
  • Wenn in 3 kein Hochpotentialvermeidungs-Prozess durchgeführt wird, übersteigt die Zellenleerlaufspannung Vc eine Hochpotential-Vermeidungsspannung Vth2, und zu dieser Zeit ist das Lufteinblasungs-Zeitintervall Td1. Wenn jedoch der Hochpotentialvermeidungs-Prozess durchgeführt wird, wird die Zellenleerlaufspannung Vc in den Bereich der Hochpotential-Vermeidungsspannung Vth2 gesenkt, die verbrauchte Oxidierungsgasmenge nimmt zu, und das Lufteinblasungs-Zeitintervall ändert sich in Td2, was kürzer ist als Td1.
  • Dies wird auf Basis von 4 betrachtet. Es wird beispielsweise ein Fall angenommen, wo der Hochpotentialvermeidungs-Prozess in der Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit 512 durchgeführt wird, damit der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle ansteigt, und die verbrauchte Brenngasmenge um immerhin Δh zunimmt. In diesem Fall ist die verbrauchte Brenngasmenge, die vom Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 auf Basis des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle geschätzt wird, M + Δh.
  • Falls das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall in einem Fall, wo die verbrauchte Brenngasmenge M ist, auf Tc1 festgelegt ist, weicht dabei das tatsächliche Zeitintervall Td2, das eigentlich als normal beurteilt werden sollte, vom Toleranzbereich ab, und somit wird fälschlich geurteilt, dass das Zeitintervall nicht normal ist. Dies wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Wenn in einem Fall, wo nur der Aussetzbetrieb durchgeführt wird, das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall auf den festen Wert Tc1 eingestellt ist, nimmt die verbrauchte Brenngasmenge tatsächlich zu, die zugeführte Oxidierungsgasmenge nimmt dementsprechend zu, und das Lufteinblasungs-Zeitintervall verkürzt sich demgemäß auf Td2, wie von einer gestrichelten Linie dargestellt. Jedoch wird das falsche theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc1 mit dem tatsächlichen Zeitintervall Td2 verglichen.
  • Was dies betrifft, so wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Beziehungstabelle verwendet. Auch wenn die verbrauchte Brenngasmenge variiert, ist es somit möglich, das Lufteinblasungs-Zeitintervall, das dementsprechend variiert, korrekt zu ermitteln. Das heißt, das Mittel 525 zum Ermitteln des theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervalls nimmt Bezug auf die Beziehungstabelle 523 unter Verwendung der gesamten Brenngas-Verbrauchsmenge einschließlich der für den Hochpotentialvermeidungs-Prozess verbrauchten Menge als Bezugswert, wodurch in einem Fall, wo die verbrauchte Brenngasmenge M + Δh ist, als theoretisches Lufteinblasungs-Zeitintervall ein theoretisches Zeitintervall Tc2 korrekt ermittelt wird. Wenn das tatsächlich gemessene Lufteinblasungs-Zeitintervall Td2 ist, liegt dabei das Zeitintervall Td2 im Toleranzbereich ab dem tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervall, das aus der Beziehungstabelle ermittelt wird, weswegen geurteilt wird, dass die Elektrolytmembran normal ist.
  • Anhand des oben geschilderten Prozesses kann die Undichtigkeit der Elektrolytmembran korrekt beurteilt werden, auch wenn der Hochpotentialvermeidungs-Prozess ebenfalls angewendet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass ein solcher Prozess nicht auf den Hochpotentialvermeidungs-Prozess beschränkt ist, sondern angewendet werden kann, solange die Maßnahme für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelle zu einer Zunahme der verbrauchten Brenngasmenge führt, und der Prozess eine Maßnahme ist, welche den Umfang der Zunahme berechnen kann.
  • 5 ist ein Ablaufschema, das Arbeitsschritte des Prozesses zur Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten im Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Im Folgenden werden die Arbeitsschritte des Prozesses zur Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten im Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf das in 5 dargestellte Ablaufschema beschrieben. Dieser Prozessablauf beginnt, wenn ein Verschlechterungsbeurteilungsbefehl ausgegeben wird.
  • In Schritt 1 setzt das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls einen Zeitzähler zurück und geht zu Schritt S2 weiter, in dem geurteilt wird, ob eine Meldung über die Ausführung der Lufteinblasung von der Verarbeitungseinheit zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls 521 vorliegt. Solange die Ausführung der Lufteinblasung nicht gemeldet wird (NEIN), befindet sich das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls in einem Bereitschaftszustand.
  • Wenn die Ausführung der Lufteinblasung in Schritt S2 gemeldet wird (JA), startet das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls den Zeitnehmer in Schritt S3, um das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall zu messen. Anschließen wird in Schritt S4 erneut beurteilt, ob die Meldung über die Durchführung der Lufteinblasung vorliegt. Solange die Lufteinblasung nicht ausgeführt wird (NEIN), ist das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitinterveralls im Bereitschaftszustand.
  • Wenn die Ausführung der Lufteinblasung im Schritt S4 gemeldet wird (JA), nimmt in Schritt S5 das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls Bezug auf die zu dieser Zeit vom Zeitnehmer gemessene Zeit, speichert das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervalls Td und geht weiter zu Schritt S6, um den Zeitnehmer zurückzusetzen.
  • In Schritt S7 berechnet und schätzt das Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 die verbrauchte Brenngasmenge auf Basis des Ausgangsstroms Si der Brennstoffzelle.
  • In Schritt 8 ermittelt das Mittel 525 zum Ermitteln des theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervalls die entsprechende zugeführte Oxidierungsgasmenge, d. h. das theoretische Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc, aus der geschätzten Brenngas-Verbrauchsmenge mit Bezug auf die Beziehungstabelle 523.
  • In Schritt S9 vergleicht das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td mit dem theoretischen Zeitintervall Tc und geht zu Schritt S10 weiter.
  • Wenn das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td in Schritt S10 als Ergebnis des Vergleichs nicht kürzer ist als das theoretische Zeitintervall Tc (JA), kann geurteilt werden, dass insbesondere in der Elektrolytmembran keine Undichtigkeit vorhanden ist. Daher geht der Prozess zu Schritt S11 weiter.
  • In Schritt S11 wird beurteilt, ob der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl fortbesteht oder nicht. Wenn der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl fortbesteht (JA) geht der Prozess zu Schritt S1 weiter, um das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall zu diesem Zeitpunkt erneut zu messen. Wenn der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl endet (NEIN), endet der Prozess für dieses Mal.
  • Wenn dagegen das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S10 kürzer ist als das theoretische Luftzufuhr-Zeitintervall Tc (NEIN), idealerweise wenn das tatsächliche Zeitintervall Td kleiner ist als ein Wert (= Tc – m), der unter Einbeziehung der Toleranz m in das theoretische Zeitintervall Tc erhalten wird, kann geurteilt werden, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass eine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran vorhanden ist. Daher geht der Prozess zu Schritt S12 weiter, in dem das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 einen Prozess ausführt, um eine Nachricht, dass der Elektrolyt gelitten hat und einer Wartung bedarf, zu senden, wodurch dieser Prozess endet.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, dass das Lufteinblasungs-Zeitintervall aufgrund des Wasserstoffverbrauchs durch die Leistungserzeugung unter Verwendung der verbliebenen Luft während des Hochpotentialvermeidungs-Betriebs kürzer wird, um zu beurteilen, dass der Elektrolyt im Brennstoffzellenstapel eine Verschlechterung durchgemacht hat, wodurch die falsche Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten vermieden werden kann.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein System, das die fehlerhafte Beurteilung der Verschlechterung einer Elektrolytmembran verhindert, wenn auch ein Katalysatoraktivierungs-Prozess durchgeführt wird.
  • Ein Aufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der gleiche wie der Aufbau (1) des Brennstoffzellensystems gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, ein Aufbau von Funktionsblöcken ist ebenfalls der gleiche wie der Aufbau (2) der Funktionsblöcke des Brennstoffzellensystems gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und somit wird auf ihre Beschreibung hier verzichtet. Jedoch unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform nur durch ein Verfahren zum Messen eines tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervalls durch ein Mittel 526 zum Messen eines tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervalls in einer Verschlechterungsbeurteilungseinheit 522 einer Steuereinheit 5.
  • Wie oben beschrieben, wird manchmal während der Durchführung eines Katalysatoraktivierungs-Prozesses durch eine Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit eine Lufteinblasung durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit einer Brennstoffzelle aufrechtzuerhalten. Diese Lufteinblasung wird im Vergleich zu einem Hochpotentialvermeidungs-Prozess nicht häufig durchgeführt, hat aber nichts zu tun mit der Lufteinblasung, die gemäß der verbrauchten Brenngasmenge variiert. Daher funktioniert das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls so, dass es die Lufteinblasung, die gemäß dem Katalysatoraktivierungs-Prozess stattfindet. aus der Messung des tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervalls ausschließt.
  • 6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Lufteinblasungs-Zeitintervall und einer Zellenspannung als Bezug in einem Fall zeigt, wo die Verschlechterung eines Elektrolyten in einem Brennstoffzellenstapel erfasst wird, einschließlich eines Zeitraums des Katalysatoraktivierungs-Prozesses während des Hochpotentialvermeidungs-Prozesses bis zum Ende des Zeitraums.
  • Wie in 6 dargestellt, begrenzt die Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 in einem Fall, wo ein Niedereffizienzbetrieb, wie ein Aussetzbetrieb, durchgeführt wird, oder in einem Fall, wo aus einer Zellenspannung Vc oder dergleichen geurteilt werden kann, dass die Oxidation eines Katalysators der Elektrolytmembran fortschreitet, die Oxidationsgas- und Brenngaszufuhr, senkt die sekundärseitige Spannung eines Gleichstromwandlers 41 allmählich auf eine Katalysatoraktivierungs-Sollspannung und hält den Zustand aufrecht, wo eine elektrochemische Reaktion in einer Katalysatorreduktionsregion fortschreitet (auch als Auffrischung bezeichnet). Wenn die Katalysatoraktivierungs-Sollspannung erreicht wird, hält die Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 die Spannung über eine konstante Zeit, und dann wird der Gleichstromwandler 41 gesteuert, um die Sekundärseitenspannung auf die ursprüngliche Spannung zurückzubringen. Dabei wird ein Kompressor 20 so gesteuert, dass er das Oxidierungsgas, das aufgrund des Katalysatoraktivierungs-Prozesses zu dieser Zeit zu wenig wird, kompensiert, wodurch über einen Zeitraum eine konstante Oxidierungsgasmenge zugeführt wird. Dabei unterscheidet sich die Lufteinblasung (Lufteinblasung 2) offensichtlich von der Lufteinblasung (Lufteinblasung 1), die als Teil des Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls durchgeführt wird, und wird durchgeführt, um den vorübergehenden Verlust an Oxidierungsgas im Katalysatoraktivierungs-Prozess zu kompensieren, wodurch die Zellenspannung wiederhergestellt wird.
  • Im Prozess zur Beurteilung einer Verschlechterung der Elektrolytmembran gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein tatsächliches Lufteinblasungs-Zeitintervall tatsächlich gemessen. Falls die Lufteinblasung 2 am Ende eines Katalysatoraktivierungs-Prozesses während der Messung dieses tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervalls durchgeführt werden soll, wird das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall falsch gemessen. Wenn beispielsweise in 6 kein Katalysatoraktivierungs-Prozess durchgeführt wird, ist eine Lufteinblasung, die eigentlich nach der Lufteinblasung 1 gemessen werden sollte, eine Lufteinblasung 3, und ein tatsächliches Zeitintervall Tda muss gemessen werden. Wenn jedoch die Lufteinblasung 2 am Ende des Katalysatoraktivierungs-Prozesses dazwischen kommt, könnte Tdb (< Tda) als tatsächliches Lufteinblasungs-Zeitintervall gemessen werden. Wenn ein kurzes Zeitintervall als tatsächliches Lufteinblasungs-Zeitintervall gemessen wird, könnte fälschlicherweise geurteilt werden, dass eine Undichtigkeit vorhanden ist, obwohl eigentlich keine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran vorhanden ist.
  • Um das Problem zu lösen, gibt in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls Informationen über das Vorhandensein/Nichtvorhandensein der Lufteinblasung von einer Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 ein. Wenn die Lufteinblasung am Ende des Katalysatoraktivierungs-Prozesses durchgeführt wird, wird diese Lufteinblasung ignoriert.
  • 7 ist ein Ablaufschema, das einen Betriebsablauf des Prozesses zur Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten im Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Verarbeitungsoperation wird gestartet, wenn ein Verschlechterungsbeurteilungsbefehl ausgegeben wird.
  • In Schritt S21 setzt das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls einen Zeitnehmer zurück, um zu Schritt S22 weiterzugehen, in dem beurteilt wird, ob eine Meldung über die Ausführung der Lufteinblasung von einer Verarbeitungseinheit zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls 521 vorliegt oder nicht. Solange die Ausführung der Lufteinblasung nicht gemeldet wird (NEIN), ist das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls in einem Bereitschaftszustand.
  • Wenn die Ausführung der Lufteinblasung in Schritt S22 gemeldet wird (JA), startet das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls den Zeitnehmer in Schritt S23, um die Messung des tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervalls zu beginnen. Anschließend wird in Schritt S24 erneut beurteilt, ob die Meldung über die Ausführung der Lufteinblasung vorliegt. Solange keine Lufteinblasung durchgeführt wird (NEIN), ist das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls im Bereitschaftszustand.
  • Wenn die Ausführung der Lufteinblasung in Schritt S24 gemeldet wird (JA), beurteilt das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls in Schritt S25, ob von der Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 der Abschluss des Katalysatoraktivierungs-Prozesses gemeldet wird. Die Lufteinblasung, die bei Abschluss des Katalysatoraktivierungs-Prozesses ausgeführt wird, muss aus der Messung des oben genannten Zeitnehmers ausgeschlossen werden.
  • Wenn der Abschluss des Katalysatoraktivierungs-Prozesses in Schritt S25 gemeldet wird (JA), kehrt das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervalls daher zu Schritt S24 zurück. Infolgedessen wird die Lufteinblasung bei Abschluss dieses Katalysatoraktivierungs-Prozesses ignoriert, weswegen auf die Lufteinblasung, die auf Basis des nächsten Spannungsabfallverhinderungs-Prozesses durchgeführt wird, gewartet wird.
  • Wenn dagegen der Abschluss des Katalysatoraktivierungs-Prozesses in Schritt S25 nicht gemeldet wird (NEIN), kann beurteilt werden, dass diese Lufteinblasung die Lufteinblasung ist, die auf Basis des Zellenspannungsverhinderungs-Prozesses durchgeführt wird. Daher geht das Mittel 526 zum Messen des tatsächlichen Luftzufuhr-Zeitintervall zu Schritt S26 weiter, in dem ein tatsächliches Lufteinblasungs-Zeitintervall Td mit Bezug auf die vom Zeitnehmer zu dieser Zeit gemessene Zeit gespeichert wird. Dann geht die Verarbeitung zu Schritt S27 weiter, um den Zeitnehmer zurückzusetzen.
  • In Schritt S28 berechnet und schätzt das Mittel zum Schätzen einer Brenngas-Verbrauchsmenge 524 die verbrauchte Brenngasmenge auf Basis eines Ausgangsstroms Si der Brennstoffzelle, und in Schritt 29 ermittelt das Mittel 525 zum Ermitteln des theoretischen Luftzufuhr-Zeitintervalls die entsprechende Oxidierungsgas-Zufuhrmenge, d. h. ein theoretisches Lufteinblasungs-Zeitintervall Tc, aus der geschätzten Brenngas-Verbrauchsmenge mit Bezug auf eine Beziehungstabelle 523.
  • Anschließend vergleicht das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 in Schritt S30 das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td mit dem theoretischen Zeitintervall Tc und geht weiter zu Schritt S31. Wenn das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td in Schritt S31 als Ergebnis des Vergleichs (JA) nicht kleiner ist als das theoretische Zeitintervall Tc, kann insbesondere geurteilt werden, dass keine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran vorliegt. Daher geht der Prozess zu Schritt S32 weiter.
  • In Schritt S32 wird beurteilt, ob der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl fortbesteht. Wenn der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl fortbesteht (JA), geht der Prozess zu Schritt S21 weiter, um erneut das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall zur tatsächlichen Zeit zu messen. Wenn der Verschlechterungsbeurteilungsbefehl endet (NEIN), endet der Prozess für dieses Mal.
  • Wenn dagelegen das tatsächliche Lufteinblasungs-Zeitintervall Td als Ergebnis des Vergleichs in Schritt S31 kürzer ist als das theoretische Zeitintervall Tc (NEIN), kann geurteilt werden, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass eine Undichtigkeit in der Elektrolytmembran vorliegt. Daher geht der Prozess zu Schritt S33 weiter, in dem das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 527 einen Prozess ausführt, um eine Nachricht zu senden, dass der Elektrolyt gelitten hat und einer Wartung bedarf, weswegen dieser Prozess endet.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn der Katalysatoraktivierungs-Prozess parallel ausgeführt wird, die Lufteinblasung ausgeführt, um einen Luftmangel am Ende des Katalysatoraktivierungs-Prozesses zu kompensieren, aber von der Lufteinblasung zum Messen des tatsächlichen Zeitintervalls ausgeschlossen, weswegen die fehlerhafte Beurteilung der Verschlechterung des Elektrolyten vermieden werden kann.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Gestaltung, in der eine Oxidierungsgasmenge, die durch Subtrahieren der Menge an Reaktionsgas, die verbraucht wird, um eine Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, von der Menge des Reaktionsgases, das für einen Aussetzbetrieb zugeführt wird, erhalten wird, als Undichtigkeitsmenge in einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle geschätzt wird.
  • 8 zeigt einen Aufbau eines Funktionsblocks eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 8 dargestellt, weist eine BZ-Steuereinheit 52 eine Verschlechterungsbeurteilungseinheit 530 der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf. Die Verschlechterungsbeurteilungseinheit 530 weist ein Mittel 531 zum Schätzen einer die Funktionsfähigkeit erhaltenden Luftmenge, ein Mittel zum Schätzen einer gesamten Luftzufuhrmenge 532, ein Undichtigkeitsmengen-Schätzmittel 533 und ein Verschlechterungsbeurteilungsmittel 534 auf. Was die oben in der ersten Ausführungsform beschriebenen Funktionsblöcke (eine Leistungssystem-Steuereinheit 511, eine Hochpotentialvermeidungs-Verarbeitungseinheit 512, eine Katalysatoraktivierungs-Verarbeitungseinheit 513 und eine Verarbeitungseinheit zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls 521) betrifft, so wird auf deren Zeichnung und Beschreibung verzichtet.
  • Das Mittel 531 zum Schätzen einer die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge ist ein Funktionsblock, der eine Luftmenge Q1, die pro Zeiteinheit notwendig ist, um die Funktionsfähigkeit des Brennstoffzellensystems aufrechtzuerhalten, auf Basis eines relativen Werts VQ1 für eine die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge schätzt. Wie oben beschrieben, zeigt die Luftmenge Q1, die notwendig ist, um die Funktionsfähigkeit des Brennstoffzellensystems aufrechtzuerhalten, die Luftmenge an, die für einen anderen Zweck als den Zweck des Erhalts einer notwendigerweise erzeugten Leistung, die für eine Systemanforderung erhalten wird, nötig ist, und zeigt genauer die Gesamtmenge der Luft an, die für den obigen Hochpotentialvermeidungs-Prozess oder Katalysatoraktivierungs-Prozess verwendet wird. Daher ist der auf die die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltende Luftmenge bezogene Wert VQ1 nicht auf einen einzigen numerischen Wert beschränkt, und sollte als integraler Parameter angesehen werden, der die Luftmenge darstellt, die verwendet wird, um die Funktionsfähigkeit für jede Funktion aufrechtzuerhalten.
  • Wenn beispielsweise ein Parameter für die Luftmenge, die für eine Funktion 1 (z. B. den oben genannten Hochpotentialvermeidungs-Prozess) verwendet wird, Vq1 ist, ein Parameter für die Luftmenge, die für eine Funktion 2 (z. B. den oben genannten Katalysatoraktivierungs-Prozess) verwendet wird, und ein Parameter für die Luftmenge, die für eine Funktion 3 (eine beliebige Funktion) verwendet wird, Vq3 ist, schätzt das Mittel 531 zum Schätzen einer die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge Luftmengen q1, q2 und q3, die für die jeweiligen Funktionen nötig sind, auf Basis der jeweiligen Parameter Vq1 bis Vq3. Darüber hinaus wird die Luftmenge Q1, die zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit nötig ist, wie folgt erhalten: Q1 = q1 + q2 + q3 (= Σqn: n ist eine Funktionsnummer).
  • Das Mittel zum Schätzen einer gesamten Luftzufuhrmenge 532 ist ein Funktionsblock, der eine Luftzufuhr-Gesamtmenge Q pro Zeiteinheit zur tatsächlichen Zeit auf Basis eines relativen Werts VQ für eine Luftzufuhr-Gesamtmenge erhält. Als relativer Wert VQ für die Luftzufuhr-Gesamtmenge werden verschiedene Wert in Betracht gezogen, aber der Wert kann beispielsweise die Drehzahl eines Kompressors 20, ein erfasster Wert für den Förderdruck eines Luftkompressors oder ein erfasster Wert eines Strömungsratensensors in einem Oxidierungsgas-Zufuhrweg 21, falls vorhanden, sein. Das Mittel zum Schätzen einer gesamten Luftzufuhrmenge 532 berechnet die Luftzufuhr-Gesamtmenge Q aus einem der Parameter, welche die Gesamtmenge der Luft, die pro Zeiteinheit zur tatsächlichen Zeit zugeführt wird, anzeigt.
  • Das Undichtigkeitsmengen-Schätzmittel 533 ist ein Funktionsblock, der eine Luftmenge Q2, die eine Undichtigkeit betrifft, auf Basis der die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge Q1 und der Luftzufuhr-Gesamtmenge Q schätzt. Wie oben beschrieben, besteht eine Beziehung Q ≈ Q1 + Q2 zwischen der Luftzufuhr-Gesamtmenge Q, der die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge Q1 und der Undichtigkeitsmenge Q2 während eines Aussetzbetriebs. Das Undichtigkeitsmengen-Schätzmittel 533 gibt einen Wert aus, der durch Subtrahieren der die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge Q1 von der Luftzufuhr-Gesamtmenge Q als geschätzten Wert für die Undichtigkeitsmenge Q2 erhalten wird.
  • Das Verschlechterungsbeurteilungsmittel 534 ist ein Funktionsblock, der das Vorhandensein/Nichtvorhandensein der Verschlechterung des Elektrolyten auf Basis der geschätzten Undichtigkeitsmenge Q2 beurteilt. Beispielsweise wird ein Schwellenwert Qth, der als Undichtigkeitsmenge, die im Elektrolyten vorliegt, zulässig ist, mit der geschätzten Undichtigkeitsmenge Q2 verglichen. Wenn Q2 > Qth, wird geurteilt, dass der Elektrolyt gelitten hat, und es wird ein nötiger Meldungsprozess oder dergleichen durchgeführt. Der Austausch der Elektrolytmembran wird vorgeschlagen.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Undichtigkeitsmenge Q2 auf Basis der Luftzufuhr-Gesamtmenge Q und der Luftmenge Q1, die zum Aufrechterhalten der Funktionsfähigkeit nötig ist, erhalten und mit dem Schwellenwert Qth verglichen, wodurch die Verschlechterung der Elektrolytmembran exakt erkannt werden kann.
  • (Andere Ausführungsform)
  • In einem Brennstoffzellensystem gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein tatsächliches Lufteinblasungs-Zeitintervall durch Messen einer Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Lufteinblasoperationen ermittelt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Das heißt, Zeitintervalle unter der Vielzahl von Lufteinblasoperationen können gemessen werden, und ein Durchschnittswert oder dergleichen davon kann ermittelt werden, um den Wert für einen Vergleich zwischen einem theoretischen Lufteinblasungs-Zeitintervall und einem tatsächlichen Lufteinblasungs-Zeitintervall zu verwendet. Wenn der Durchschnitt der Vielzahl von tatsächlichen Zeitintervallen oder dergleichen verwendet wird, wird die Genauigkeit des tatsächlichen Zeitintervalls besser, weswegen davon ausgegangen wird, dass die Verschlechterung einer Elektrolytmembran vorzugsweise korrekt beurteilt wird.
  • Darüber hinaus ist in dem Brennstoffzellensystem gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Undichtigkeitsbeurteilung während des Aussetzbetriebs ein Ziel, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf die Undichtigkeitsbeurteilung während einer normalen Leistungserzeugung angewendet werden. Wenn beispielsweise eine Luftmenge Q3, die für die Leistungserzeugung verbraucht wird, während der normalen Leistungserzeugung geschätzt wird, gilt während des Aussetzbetriebs eine Beziehung Q ≈ Q1 + Q2 + Q3 zwischen der Luftzufuhr-Gesamtmenge W, der die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltenden Luftmenge Q1, der Undichtigkeitsmenge Q2 und einer Leistungserzeugungs-Luftmenge Q3. Daher werden die die Funktionsfähigkeit aufrechterhaltende Luftmenge Q1 und die Leistungserzeugungs-Luftmenge Q3 von der Luftzufuhr-Gesamtmenge Q subtrahiert, wodurch die Undichtigkeitsmenge Q2 erhalten werden kann. Die Leistungserzeugungs-Luftmenge Q3 kann beispielsweise durch Erfassen des Leistungserzeugungsstroms (der Ladungsmenge pro Zeiteinheit) berechnet werden.
  • Anders ausgedrückt, falls keine Undichtigkeit vorliegt, sollte eine Reaktionsgas-Gesamtmenge Qd, die in einem Zustand, wo die Leistungserzeugungsspannung aufrechterhalten wird, tatsächlich gemessen wird, einer Reaktionsgas-Gesamtmenge Qe gleich sein, die aus verschiedenen Parametern geschätzt wird. Wenn eine Differenz Qd (= Qr – Qe) zwischen beiden Mengen nicht null ist (> 0), kann die Differenz Qd als Undichtigkeitsmenge bei der Verschlechterungsbeurteilung verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung außer auf ein Elektroauto auch auf andere mobile Körper (zu Land, auf dem Wasser, im Wasser und in der Luft) angewendet werden und kann auf ein stationäres System angewendet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Beurteilen einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle (100) in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle (100) auf Basis einer Oxidierungsgasmenge, die der Brennstoffzelle (100) während eines Aussetzbetriebs der Brennstoffzelle (100) zugeführt wird, beurteilt, umfassend die folgenden Schritte: Zuführen einer vorgegebenen Menge an Oxidierungsgas zu einer Kathode der Brennstoffzelle (100) in einem Fall, wo die Zellenspannung (Vc) der Brennstoffzelle (100) eine vorgegebene Spannungsuntergrenze (Vth1) erreicht; Messen eines tatsächlichen Zeitintervalls (Td) von einem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr; und Beurteilen der Verschlechterung der Brennstoffzelle (100) auf Basis des gemessenen tatsächlichen Zeitintervalls (Td) und eines theoretischen Zeitintervalls (Tc) ab dem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr, wobei das theoretische Zeitintervall (Tc) aus einem geschätzten Brenngasverbrauch, der aus einem Ausgangsstrom (Ifc) der Brennstoffzelle (100) ermittelt wird, ermittelt wird.
  2. Verfahren zum Beurteilen einer Verschlechterung einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle (100) in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren eine Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle (100) auf Basis einer Oxidierungsgasmenge beurteilt, die der Brennstoffzelle (100) während eines Aussetzbetriebs der Brennstoffzelle (100) zugeführt wird, umfassend die folgenden Schritte: Schätzen einer Oxidierungsgasmenge, die einer Kathode der Brennstoffzelle (100) zugeführt wird, aus einem Ausgangsstrom (Ifc) der Brennstoffzelle (100); Messen einer tatsächlichen Oxidierungsgasmenge, die der Kathode der Brennstoffzelle (100) zugeführt wird; und Beurteilen der Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle (100) auf Basis der Oxidierungsgasmenge, die aus dem Ausgangsstrom (Ifc) der Brennstoffzelle (100) geschätzt wird, und der tatsächlich gemessenen Oxidierungsgasmenge.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geschätzte Oxidierungsgasmenge eine Oxidierungsgasmenge beinhaltet, die für einen Prozess zum Verhindern eines Zellenspannungsabfalls verbraucht wird, um eine vorgegebene Oxidierungsgasmenge zuzuführen, wenn eine Zellenspannung (Vc) der Brennstoffzelle (100) unter einer vorgegebenen Spannungsgrenze (Vth1) liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geschätzte Oxidierungsgasmenge eine Oxidierungsgasmenge beinhaltet, die für einen Hochpotentialvermeidungs-Prozess verbraucht wird, um zu verhindern, dass eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (100) auf einen Wert steigt, der nicht unter einem vorgegebenen Schwellenwert (Vth2) liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die tatsächlich gemessene Oxidierungsgasmenge unter Ausschluss einer Oxidierungsgasmenge gemessen wird, die zugeführt wird, wenn ein Katalysatoraktivierungs-Prozess der Elektrolytmembran beendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend: Zuführen einer vorgegebenen Oxidierungsgasmenge zu einer Kathode der Brennstoffzelle (100), wenn eine Zellenspannung (Vc) der Brennstoffzelle (100) eine vorgegebene Spannungsuntergrenze (Vth1) erreicht; Messen eines tatsächlichen Zeitintervalls (Td) ab einem Ende einer Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn einer nächsten Oxidierungsgaszufuhr; und Bestimmen der Verschlechterung der Elektrolytmembran auf Basis des gemessenen tatsächlichen Zeitintervalls (Td) und eines theoretischen Zeitintervalls (Tc) ab dem Ende der Oxidierungsgaszufuhr bis zum Beginn der nächsten Oxidierungsgaszufuhr, wobei das theoretische Zeitintervall (Tc) aus einem Ausgangsstrom (Ifc) der Brennstoffzelle (100) geschätzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das tatsächliche Zeitintervall (Td) unter Ausschluss des Oxidierungsgases, das unmittelbar nach einem Katalysatoraktivierungs-Prozess der Elektrolytmembran zugeführt wird, aus der Oxidierungsgaszufuhr, die oft durchgeführt wird, gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: eine Beziehungstabelle (523), in der eine Beziehung zwischen einer Brenngas-Verbrauchsmenge (M) der Brennstoffzelle (100) und dem theoretischen Zeitintervall (Tc), das mit einem Anstieg der Brenngas-Verbrauchsmenge (M) variiert, aufgezeichnet ist; wobei das Verfahren ferner umfasst: Schätzen der Brenngas-Verbrauchsmenge (M) auf Basis eines Ausgangsstroms (Ifc) der Brennstoffzelle (100); und Ermitteln des theoretischen Zeitintervalls (Tc) entsprechend der Brenngas-Verbrauchsmenge (M), die mit Bezug auf die Beziehungstabelle (523) geschätzt wird, wobei die Verschlechterung der Elektrolytmembran der Brennstoffzelle (100) aufgrund dessen beurteilt wird, ob das gemessene tatsächliche Zeitintervall (Td) kürzer ist als das theoretische Zeitintervall (Tc), das der ermittelten Brenngas-Verbrauchsmenge (M) entspricht.
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