DE112009000604T5

DE112009000604T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112009000604T5
Application number: DE112009000604T
Authority: DE
Inventors: Michio Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: CN101809797A; WO2009119259A1; DE112009000604B4; US9017888B2; DE112009000604B8; US20110014536A1; CN101809797B; JP2009231223A; JP4345032B2

Abstract

Die Erfindung hindert eine Brennstoffzelle daran, auf eine Aktivierung folgend in einen Hochspannungszustand überzugehen. In einem Brennstoffzellensystem (1) mit einer Brennstoffzelle (2), die mit Reaktansgas versorgt wird und durch eine elektrochemische Reaktion des Reaktansgases Leistung erzeugt, einem Kompressor (31), der die Brennstoffzelle mit Oxidationsgas versorgt, das eines der Reaktansgase ist, und einer Steuereinheit (6), die verschiedene Verfahrensweisen ausführt, führt die Steuereinheit aus: ein Verfahren zur Hochspannungsverhinderung, das unter einer Bedingung, die eine Hochspannungsverhinderung gestattet, einen Hochspannungszustand durch Reduzierung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert geringer als eine vorgegebene Hochspannungsverhinderungsspannung oder dieser gleich verhindert; ein Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung, das die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle durch Reduzierung des Betrags durch die Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle auf einen Wert geringer als ein vorgegebener Leistungserzeugungsgrenzwert oder diesem gleich beschränkt, so daß das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases innerhalb eines vorbestimmten, zulässigen Bereichs gehalten wird; ein Feststellungsverfahren, das feststellt, ob oder ob nicht die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf einen erforderlichen Versorgungsbetrag ausreichend ist; und ein Verhinderungsverfahren, das das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert, bis die Oxidationsgasversorgung als ausreichend ermittelt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
Stand der Technik
In den vergangenen Jahren wurde ein Brennstoffzellensystem entwickelt, das als seine Energiequelle eine Brennstoffzelle anwendet, die Leistung durch die elektrochemische Reaktion zwischen Reaktansgasen aus einem Brenngas und einem Oxidationsgas erzeugt. Um den Brennstoffwirkungsgrad während der Aktionen mit niedriger Last, wie Leerlauf, Fahrt mit geringer Geschwindigkeit, Bremsen, etc. zu verbessern, führt diese Art von Brennstoffzellensystemen eine intermittierende Aktion durch, bei der die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle zeitweilig gestoppt wird und einer Last (beispielsweise ein Fahrzeugmotor) Leistung von einem Leistungsspeicher, wie einer Sekundärbatterie, zugeführt wird. Wenn zum Stoppen der Brennstoffzellenaktion während der vorstehenden intermittierenden Aktion die Zufuhr der Reaktansgase gestoppt wird, geht die Brennstoffzelle in einen Hochspannungszustand über. Da sich die Brennstoffzelle verschlechtert, wenn sie einem Hochspannungszustand überlassen wird, ist es erforderlich, die Brennstoffzelle daran zu hindern, in einen Hochspannungszustand überzugehen, beispielsweise durch Spannungsabsenkung beim Stoppen der Brennstoffzellenaktion. Bei dem im unten genannten Patentdokument 1 offenbarten Brennstoffzellensystem wird ein Hochspannungszustand dadurch verhindert, daß nach dem Stoppen der Brennstoffzellenaktion die Brennstoffzelle nur mit Brenngas versorgt wird, so daß das in der Brennstoffzelle verbleibende Oxidationsgas verbraucht wird und elektrischen Strom aus der Brennstoffzelle ausgibt.
Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentpublikation Nr. 2005-100820
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In einem Brennstoffzellestapel, dessen Aktion gestoppt ist, verbleiben Reaktansgase, und das im Stapel verbleibende Oxidationsgas wird nach dem Aktionsstopp allmählich verbraucht. Wenn die Brennstoffzelle aktiviert wird, nachdem das verbliebene Oxidationsgas verbraucht wurde, tritt eine Verzögerung bei der Versorgung mit Oxidationsgas auf und die Brennstoffzelle befindet sich in einem Zustand mit Oxidationsgasknappheit. Bei einem Mangel an Oxidationsgas ist der Betrag der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle auf einen Wert gemäß dem aktuellen Durchfluß des zugeführten Oxidationsgases beschränkt, um das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases aufrecht zu erhalten. Wenn der Betrag der Leistungserzeugung reduziert wird, steigt die Ausgangsspannung an, wodurch die Brennstoffzelle in einen Hochspannungszustand übergehen und dadurch die Brennstoffzelle beschädigen könnte.
Die vorliegende Erfindung erfolgte in der Absicht, das obige Problem des Standes der Technik zu lösen, und demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das eine Brennstoffzelle davor bewahren kann, auf die Aktivierung der Brennstoffzelle folgend in einen Hochspannungszustand überzugehen.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen, umfaßt ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle, die mit Reaktansgasen versorgt wird und aus den Reaktansgasen durch eine elektrochemische Reaktion Leistung erzeugt; ein Hochspannungsverhinderungsmittel, das unter einer vorgegebenen Bedingung eine Hochspannungsverhinderung durch eine Reduzierung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert kleiner als eine vorgegebene Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser gestattet; einen Kompressor, der die Brennstoffzelle mit einem Oxidationsgas versorgt, das eines der Reaktansgase ist; ein Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung, das die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle durch Reduzierung des Betrags der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle auf einen Wert kleiner als ein vorgegebener Leistungserzeugungsgrenzwert oder gleich diesem begrenzt, der niedriger ist als ein geforderter Betrag der Leistungserzeugung, so daß ein stöchiometrisches Verhältnis des Oxidationsgases innerhalb eines vorgegebenen, zulässigen Bereichs gehalten wird; und ein Verhinderungsmittel, das die Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung während einer vorgegebenen Zeitspanne begrenzt, unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle aktiviert ist und dabei die Bedingung für die Gestattung der Hochspannungsverhinderung erfüllt ist.
Gemäß der wie oben gestalteten Erfindung kann die Begrenzung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle, die durch Reduzierung des Betrags der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle auf einen Wert niedriger als der Leistungserzeugungsgrenzwert oder gleich diesem erfolgt, um das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases innerhalb eines zulässigen Bereichs zu halten, unmittelbar nach der Aktivierung der Brennstoffzelle während einer vorgegebenen Zeitspanne unter einer vorgegebenen Bedingung verhindert werden, die eine Verhinderung der Hochspannung zuläßt. Demgemäß ist es möglich, sicherzustellen, daß auf die Aktivierung der Brennstoffzelle folgend, unter einer vorgegebenen, die Verhinderung einer Hochspannung gestattenden Bedingung, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch das Hochspannungsverhinderungsmittel auf einen Wert niedriger als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser reduziert wird. Mit anderen Worten, ein Hochspannungszustand nach der Aktivierung der Brennstoffzelle kann verhindert werden. Wenn die vorgegebene Zeitspanne verstrichen ist, ist der Betrag der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle durch die Mittel zur Begrenzung der Ausgangsleistung auf einen Wert geringer als der Leistungserzeugungsgrenzwert oder gleich diesem reduziert, und demgemäß kann ein unnötiger Leistungsverlust verringert und ein hoher Wirkungsgrad der Leistungserzeugung realisiert werden.
Beim obigen Brennstoffzellensystem kann die vorgegebene Zeitspanne eine Zeitspanne von der Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt sein, zu dem die Oxidationsgasversorgung einer geforderten Versorgungsmenge entspricht. Insbesondere kann das obige Brennstoffzellensystem weiter ein Feststellungsmittel umfassen, das feststellt, ob die Oxidationsgasversorgung der geforderten Versorgungsmenge entspricht oder nicht, und das obige Verhinderungsmittel kann die obige Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindern, bis das Feststellungsmittel feststellt, daß die Oxidationsgasversorgung der geforderten Versorgungsmenge entspricht.
Durch diese Gestaltung kann die Begrenzung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert werden, bis die Verknappung der Oxidationsgasversorgung beseitigt ist.
Das obige Brennstoffzellensystem kann weiter einen Drehzahlfühler aufweisen, der die Drehzahl eines Kompressormotors ermittelt, und das obige Feststellungsmittel kann feststellen, daß die Oxidationsgasversorgung nicht der geforderten Versorgungsmenge entspricht, falls ein Abstand zwischen der vom Drehzahlfühler festgestellten Drehzahl und einer für den Kompressor angewiesenen Drehzahl vorhanden ist.
Durch diese Gestaltung kann die Begrenzung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert werden, bis sich die vom Drehzahlfühler ermittelte Drehzahl der für den Kompressor angewiesenen Drehzahl annähert.
Beim obigen Brennstoffzellensystem kann das Feststellungsmittel feststellen, daß die Oxidationsgasversorgung nicht der geforderten Versorgungsmenge entspricht, falls die vom Drehzahlfühler ermittelte Drehzahl kleiner ist als die für den Kompressor angewiesenen Drehzahl.
Durch diese Gestaltung kann die Begrenzung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert werden, bis die vom Drehzahlfühler ermittelte Drehzahl kleiner ist als die für den Kompressor angewiesenen Drehzahl.
Beim obigen Brennstoffzellensystem kann die vorgegebene Zeitspanne eine Zeitspanne von der Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt sein, zu dem sowohl der Leistungserzeugungsgrenzwert als auch der für die Brennstoffzelle geforderte Betrag der Leistungserzeugung derart angestiegen sind, daß sie größer sind als ein der Hochspannungsverhinderungsspannung entsprechender Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder diesem gleich. Insbesondere kann das obige Brennstoffzellensystem weiter ein Feststellungsmittel umfassen, das feststellt, ob oder ob nicht sowohl der Leistungserzeugungsgrenzwert als auch der für die Brennstoffzelle geforderte Betrag der Leistungserzeugung größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder gleich diesem, und das obige Verhinderungsmittel kann die Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung nachfolgend auf die Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt verhindern, an dem das Feststellungsmittel feststellt, daß der Leistungserzeugungsgrenzwert und der geforderte Leistungserzeugungsbetrag größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder gleich diesem.
Durch diese Gestaltung kann die Begrenzung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert werden, bis der Leistungserzeugungsgrenzwert und der erforderliche Betrag der Leistungserzeugung den Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung erreichen oder überschreiten.
Beim obigen Brennstoffzellensystem kann die Aktivierung der Brennstoffzelle eine der Vollendung einer intermittierenden Aktion folgende Aktivierung sein.
Das obige Brennstoffzellensystem kann weiter ein Aufhebungsmittel umfassen, das die Verhinderung durch das Verhinderungsmittel aufhebt, wenn eine mit der Aktivierung der Brennstoffzelle beginnende, vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist.
Durch diese Gestaltung ist es möglich, die Fortsetzung einer belastenden Ausgangsleistung während einer längeren Zeitspanne zu verhindern und folglich die Beschädigung der Brennstoffzelle zu reduzieren.
Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine Brennstoffzelle daran hindern, bei Aktivierung der Brennstoffzelle in einen Hochspannungszustand überzugehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Gegenstands der Steuerung durch eine Steuereinheit,
3 ist ein Diagramm, das die Strom-Spannungs- und die Strom-Leistungs-Charakteristika einer Brennstoffzelle zeigt, und
4 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Verfahrensweise zur Verhinderung eines Verfahrens zur Beschränkung der Leistungsausgabe.
Beschreibung der Bezugszahlen

1 ... Brennstoffzellensystem, 2 ... Brennstoffzelle, 6 ... Steuereinheit, 31 ... Kompressor, 53 ... Antriebsumrichter, 54 ... Fahrmotor, 61 .... Speicher und N ... Drehzahlfühler.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsform erläutert den Fall, in welchem das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung als ein bordeigenes Leistungserzeugungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle) benutzt wird.
Bezugnehmend auf 1 wird die Gestaltung des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform erläutert. Die 1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 gezeigt, besitzt ein Brennstoffzellensystem 1 eine Brennstoffzelle (FC = fuel cell) 2, die Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen den Reaktansgasen, dem Oxidationsgas und dem Brenngas, erzeugt, ein Oxidationsgasrohrleitungssystem 3, das der Brennstoffzelle 2 Luft als Oxidationsgas zuführt, ein Wasserstoffgasrohrleitungssystem 4, das der Brennstoffzelle 2 Wasserstoffgas als Brenngas zuführt, ein Leistungssystem 5, das das System lädt und entlädt und eine Steuereinheit 6, die die Gesamtsteuerung des ganzen Systems durchführt.
Die Brennstoffzelle 2 ist beispielsweise eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, in der viele Zelleneinheiten zur Bildung einer stapelartigen Struktur schichtweise angeordnet sind. Jede Zelleneinheit ist so gestaltet, daß sie eine Luftelektrode auf einer Oberfläche eines Ionenaustauschmembranelektrolyten besitzt, eine Brennstoffelektrode auf der anderen Oberfläche und ein Paar von Separatoren, die derart angeordnet sind, daß die Luft- und die Brennstoffelektrode zwischen ihnen eingefügt sind. Dabei wird Wasserstoffgas einem Wasserstoffgaskanal des einen Separators und Oxidationsgas einem Oxidationsgaskanal des anderen Separators zugeführt, und wenn diese Reaktansgase miteinander chemisch reagieren, wird Leistung erzeugt. Die Brennstoffzelle 2 ist mit einem Spannungsfühler V versehen, der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 ermittelt, und mit einem Stromfühler A, der den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 ermittelt.
Das Oxidationsgasrohrleitungssystem 3 besitzt: einen Kompressor 31, der über einen Luftfilter 30 angesaugte Luft verdichtet und die verdichtete Luft als Oxidationsgas weiterfördert; einen Luftversorgungskanal 32 zur Zufuhr des Oxidationsgases zur Brennstoffzelle 2; und einen Luftableitungskanal 33 zur Ableitung eines es von der Brennstoffzelle 2 ausgegebenen Oxidationsabgases. Der Kompressor 31 ist mit einem Drehzahlfühler N versehen, der die Drehzahl des Kompressormotors ermittelt. Die Menge des vom Kompressor 31 geförderten Oxidationsgases kann auf der Basis der vom Drehzahlfühler N festgestellten Drehzahl bestimmt werden.
Das Wasserstoffgasrohrleitungssystem 4 besitzt einen Wasserstofftank 40, der als Brennstoffversorgungsquelle dient und Hochdruckwasserstoffgas speichert; einen als Brennstoffversorgungskanal für die Zufuhr von Wasserstoffgas vom Wasserstofftank 40 zur Brennstoffzelle 2 dienenden Wasserstoffgasversorgungskanal 41 und einen Kreislaufkanal 42 für die Rückströmung des aus der Brennstoffzelle 2 abgegebenen Wasserstoffabgases zum Wasserstoffversorgungskanal 41. Der Kreislaufkanal 42 ist mit einer Wasserstoffpumpe 44 versehen, die das Wasserstoffabgas in den Kreislaufkanal 42 drückt und es zum Wasserstoffversorgungskanal 41 befördert.
Das Leistungssystem 5 weist einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 51 auf, eine als eine Sekundärbatterie dienende Batterie 52; einen Antriebsumrichter 53, einen Fahrmotor 54, verschiedene Hilfswandler und dergleichen, in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 51 ist ein Gleichspannungswandler und hat die Funktion, eine von der Batterie 52 eingegebene Gleichspannung einzustellen und sie an den Antriebsumrichter 53 auszugeben und einen Gleichspannungseingang von der Brennstoffzelle 2 oder vom Fahrmotor 54 einzustellen und sie an die Batterie 52 auszugeben. Mit den obigen Funktionen des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 51 kann die Batterie 52 geladen/entladen werden. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 51 steuert auch die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2.
Die Batterie 52 wird aus geschichteten Batteriezellen gebildet und weist eine konstant hohe Klemmenspannung auf, und unter der Steuerung durch einen nicht in der Zeichnung gezeigten Batteriecomputer kann die Batterie 52 mit überschüssiger Leistung geladen werden und zusätzliche Leistung bereithalten. Der Antriebsumrichter 53 wandelt Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom um und versorgt damit den Fahrmotor 54. Der Fahrmotor 54 ist beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrommotor und bildet die Haupantriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem 1 eingebaut ist. Die Hilfswandler sind Motorsteuerungen die den Betrieb eines jeden Motors steuern Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom umformen und ihn jedem Motor zuführen. Die Hilfswandler sind beispielsweise Pulsbreitenmodulatoren (PWM) und wandeln gemäß Steuerbefehlen von der Steuereinheit 6 von der Brennstoffzelle 2 oder von der Batterie 52 ausgegebene Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung um und steuern das in jedem Motor erzeugte Drehmoment.
Die Steuereinheit 6 stellt das Ausmaß der Betätigung eines im Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehenen Beschleunigungselements (z. B. ein Fahrpedal) fest, empfängt eine Steuerinformation einschließlich eines geforderten Beschleunigungswerts (beispielsweise der Betrag einer von einer leistungsverbrauchenden Vorrichtung, wie dem Fahrmotor 54, angeforderten Leistungserzeugung) und steuert die Aktion verschiedener Vorrichtungen im System. Es ist anzumerken, daß Beispiele anderer leistungsverbrauchender Vorrichtungen als der Fahrmotor 54 für den Betrieb der Brennstoffzelle 2 erforderliche Hilfsvorrichtungen einschließen (wie der Kompressor 31 und ein Motor für die Wasserstoffpumpe 44), sowie Betätigungselemente, die in verschiedenen, dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs zugeordneten Vorrichtungen benutzt werden (Kraftübertragung, Radsteuerung, Lenkvorrichtung, Aufhängung), eine Klimatisierungsvorrichtung (Klimaanlage) für den Fahrgastraum, eine Beleuchtungsvorrichtung, Audiospieler und dergleichen.
Die Steuereinheit 6 (Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung) führt ein Verfahren für die Beschränkung der Leistungsausgabe aus der Brennstoffzelle 2 durch. Das Verfahren für die Beschränkung der Leistungsausgabe ist ein Verfahren, das den Betrag der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 2 auf weniger als einen vorgegebenen Grenzwert der Leistungserzeugung oder auf diesen reduziert, der niedriger ist als der geforderte Betrag der Leistungserzeugung, so daß das stöchiometrische Verhältnis des Oxidationsgases (nachfolgend als „stöchiometrisches Luftverhältnis” bezeichnet) innerhalb eines vorgegebenen Zulässigkeitsbereichs gehalten wird. Der hier benutzte Ausdruck „stöchiometrisches Luftverhältnis” bedeutet das Verhältnis des Überschusses des der Brennstoffzelle 2 zugeführten Oxidationsgases bezogen auf die Menge des von der Brennstoffzelle 2 verbrauchten Oxidationsgases. Der vorgegebene Grenzwert der Leistungserzeugung bezieht sich auf einen Betrag der Leistungserzeugung, wenn das stöchiometrische Luftverhältnis die Obergrenze des vorgegebenen Zulässigkeitsbereichs erreicht. Beim Brennstoffzellensystem 1 wird die Brennstoffzelle 2 in einem Zustand betrieben, bei dem das stöchiometrische Luftverhältnis auf einen besonderen Wert eingestellt ist, der durch Versuche etc. berechnet wurde, so daß Leistungsverluste reduziert und ein hoher Wirkungsgrad der Leistungserzeugung realisiert wird. Demgemäß kann durch die Ausführung des Verfahrens zur Begrenzung der Ausgangsleistung und Steuerung des stöchiometrischen Luftverhältnisses derart, daß es einen zulässigen, den besonderen Wert einschließenden Bereich nicht verläßt, eine Leistungsverlust reduziert und der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung realisiert werden.
Die Steuereinheit 6 (Hochspannungsverhinderungsmittel) führt unter einer vorgegebenen, die Verhinderung eines Hochspannungszustands gestattenden Bedingung ein Verfahren zur Verhinderung eines Hochspannungszustands durch, um die Brennstoffzelle 2 daran zu hindern, einen Hochspannungszustand anzunehmen. Dieses Verfahren zur Verhinderung eines Hochspannungszustands ist ein Verfahren zur Reduzierung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf eine Spannung geringer als eine vorgegebene Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser. Insbesondere wird die Ausgangsspannung mit der Hochspannungsverhinderungsspannung verglichen, und wenn sie die Hochspannungsverhinderungsspannung überschreitet, entscheidet die Steuereinrichtung 6, daß die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 zur Abnahme gezwungen werden sollte und zwingt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 einen Wert anzunehmen, der geringer ist als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder dieser gleich. Dabei kann ein spezieller Wert, auf den die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 reduziert wird, beliebig bestimmt werden. Falls die Ausgangsspannung geringer ist als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser, bestimmt die Steuereinrichtung 6, daß keine Notwendigkeit besteht, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 zu senken. Durch Ausführung des Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert reduziert werden, der geringer ist als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder dieser gleich, und folglich kann ein Hochspannungszustand verhindert werden.
Die vorgegebene, die Hochspannungsverhinderung gestattende Bedingung schließt verschiedene Bedingungen für die Durchführung des Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung ein, und falls die die Hochspannungsverhinderung gestattende Bedingung nicht erfüllt ist, wird das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung nicht gestattet. Beispiele von Fällen, bei welchen die die Hochspannungsverhinderung gestattende Bedingung nicht erfüllt ist, schließen Situationen ein, bei welchen die durch die Ausführung des Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung verursachten Nachteile größer sind als die Nachteile durch den bestehenden Hochspannungszustand, beispielsweise der Fall, in welchem sich die Brennstoffzelle in einem Leistungserzeugungszustand zur Steuerung einer raschen Aufheizung befindet, der Fall, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeit ist oder diese überschreitet und der Fall, in dem die Batterie 52 nicht geladen werden kann.
Die Hochspannungsverhinderungsspannung wird vorab durch Versuche usw. bestimmt und im internen Speicher 61 der Steuereinheit 6 beispielsweise beim Versand nach der Herstellung gespeichert. Die Hochspannungsverhinderungsspannung kann ein fester Wert sein, und sie kann auch ein Wert sein, der beispielsweise gemäß einer Umgebungsbedingung (Außentemperatur, Brennstoffzellentemperatur, Feuchtigkeit, Betriebsweise, etc.) wiederholt überschrieben werden kann.
Dabei wird, wenn sowohl das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung als auch das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung zusammen ausgeführt werden, die durch das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung bestimmte Ausgangsspannung in einigen Fällen durch das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung aufgehoben. Diese Situation wird unten unter Beugnahme auf 2 genauer beschrieben. In 2 zeigt t1 einen Zeitpunkt, zu dem ein dem intermittierenden Betrieb zugeordnetes, in 2(a) gezeigtes Flag von EIN nach AUS geschaltet wird, nämlich einen Zeitpunkt, zu dem die Betriebsweise der Brennstoffzelle 2 von einer intermittierenden Betriebsweise auf eine normale Betriebsweise umgestellt wird. Indessen bezeichnet t2 einen Zeitpunkt, in welchem eine in 2(c) gezeigte Verknappung des Oxidationsgasdurchflusses aufgehoben ist, nämlich ein Zeitpunkt, in dem eine Verzögerung in der Oxidationsgasversorgung aufgehoben ist.
Wie in 2 gezeigt, kann, unmittelbar nach dem Umschalten vom intermittierenden Betrieb zum normalen Betrieb bei t1, die in 2(b) gezeigte, an der Brennstoffzelle 2 anliegende Spannung die Hochspannungsverhinderungsspannung (durch eine durchgehende Linie b1 zwischen t1 und t2 dargestellte Spannung) überschreiten, wie durch eine gepunktete Linie b2 gezeigt. Mit anderen Worten, die durch das Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung bestimmte Spannung kann gelöscht werden mit der Folge, daß die Ausgangsspannung größer wird als die Hochspannungsverhinderungsspannung.
Weil ein Hochspannungszustand verhindert werden kann, falls die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert kleiner als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser reduziert werden kann, wird, wie bereits oben beschrieben, das Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung durchgeführt, um die Ausgangsspannung der. Brennstoffzelle zwangsweise auf einen Wert kleiner als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser abzusenken. Falls jedoch beispielsweise das im Stapel verbleibende Oxidationsgas während einer intermittierenden Aktion verbraucht wird und falls die Aktion danach von der intermittierenden Aktion auf eine normale Aktion umgeschaltet wird, wird der Oxidationsgasdurchfluß unzureichend, was eine Verzögerung bei der Oxidationsgasversorgung bewirkt, wie zwischen t1 und t2 in 2(c) gezeigt. im obigen Falle wird zur Aufrechterhaltung des stöchiometrischen Luftverhältnisses der der Brennstoffzelle zugewiesene Betrag der Leistungserzeugung auf einen Wert geringer als der durch das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung bestimmte Grenzwert der Leistungserzeugung oder gleich diesem begrenzt. Spezieller ist der in 2(d) gezeigte zugewiesene Betrag der Leistungserzeugung auf den Leistungserzeugungsgrenzwert reduziert, der durch eine gepunktete Linie d2 zwischen t1 und t2 gezeigt ist, ohne der Betrag der Leistungserzeugung zur Verhinderung der Hochspannung (Betrag der Leistungserzeugung gemäß der Hochspannungsverhinderungsspannung) zu sein, der durch eine durchgehende Linie d1 zwischen t1 und t2 gezeigt ist. In diesem Falle ist dieser zugewiesene Leistungserzeugungsbetrag zwischen t1 und t2 in 2(d) kleiner als der durch die durchgehende Linie d1 zwischen t1 und t2 gezeigte Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung.
Indem nun auf das Charakteristikadiagramm in 3 Bezug genommen wird, wird die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Berag der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle erläutert. Die 3 ist ein Charakteristikadiagramm, das die Strom-Spannungscharakteristika und die Strom-Leistungscharakteristika der Brennstoffzelle darstellt. Das Charakteristikadiagramm wird vorab mittels Versuchen etc. erhalten und im internen Speicher 61 der Steuereinheit 6 beispielsweise nach einem auf die Fertigung folgenden Versand gespeichert. Die Werte in diesem Charakteristikadiagramm können feste Werte sein und können auch Werte sein, die wiederholt überschrieben werden.
In 3 zeigt Vt die Hochspannungsverhinderungsspannung und Pt den Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung. Wie in 3 gezeigt, ist die Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung V und einem Leistungserzeugungsbetrag P wie folgt: wenn die Ausgangsspannung V zunimmt, nimmt der Leistungserzeugungsbetrag ab, und wenn die Ausgangsspannung abnimmt, nimmt der Leistungserzeugungsbetrag zu. In der Brennstoffzelle, deren Ausgangsspannung V und Leistungserzeugungsbetrag P die obige Beziehung aufweisen, wird die angewiesene Spannung größer als die Hochspannungsverhinderungsspannung Vt, falls der angewiesene Leistungserzeugungsbetrag P unmittelbar nach der Umschaltung der Betriebsweise von der intermittierenden Aktion zur normalen Aktion kleiner wird als der Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung. Mit anderen Worten nimmt, wie durch die gepunktete Line b2 in 2(b) dargestellt, die zielgerichtete Spannung über die durch die durchgehende Linie b1 zwischen t1 und t2 dargestellte Hochspannungsverhinderungsspannung hinaus zu.
Um das obige Problem zu lösen, verhindert die Steuereinheit (Verhinderungsmittel) 6 das Verfahren zur Begrenzung der Ausgangsleistung gemäß der Oxidationsgasversorgung von der Zeit an, zu der die Aktionsweise der Brennstoffzelle 2 von der intermittierenden Betriebsweise zu einer normalen Betriebsweise bis die Verknappung des Oxidationsgases behoben ist. Als Ergebnis ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in welcher das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung durch die Durchführung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung aufgehoben wird. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Situation zu vermeiden, in der nach der Aktivierung der Brennstoffzelle nach einer intermittierenden Aktion die in der Brennstoffzelle vorgesehene angewiesene Spannung V die Hochspannungsverhinderungsspannung Vt überschreitet und die Brennstoffzelle in einen Hochspannungszustand eintritt.
Das durch die Steuereinheit 6 als Verhinderungsmittel durchgeführte Verfahren wird spezieller unter Bezugnahme auf (b) und (d) in 2 beschrieben. Die durch die durchgehende Linie b1 zwischen t1 und t2 gezeigte Spannung ist eine Hochspannungsverhinderungsspannung Vt. Der durch die durchgehende und dann gepunktete Linie d1 nach t1 dargestellte Leistungserzeugungsbetrag ist ein Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung. Der durch die gepunktete Linie d2 nach t1 dargestellte Leistungserzeugungsbetrag ist ein Leistungserzeugungsgrenzwert, der durch das Verfahren zur Begrenzung der Ausgangsleistung bestimmt ist. Der durch die gepunktete und dann nicht unterbrochene Linie d3 nach t1 dargestellte Leistungserzeugungsbetrag ist ein für die Brennstoffzelle erforderlicher Leistungserzeugungsbetrag. Die Zeitspanne von t1 bis t2 ist eine Zeitspanne, in der nach der intermittierenden Aktion eine Verzögerung der Versorgung mit Oxidationsgas auftritt.
Wenn die Betriebsweise von der intermittierenden Aktion bei t1 zu einer normalen Aktion umgeschaltet wird (angenommen als unter einer Bedingung stehend, die die Verhinderung einer Hochspannung gestattet), wie in 2(a) dargestellt, verhindert die Steuereinheit 6 das Verfahren zur Beschränkung zur Ausgangsleistung. Als Ergebnis wird, wie bei b1 in 2(b) dargestellt, die angewiesene Spannung zwischen t1 und t2 durch das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung Vt reduziert und, wie bei d1 in 2(d) gezeigt, der angewiesene Leistungserzeugungsbetrag zwischen t1 und t2 auf den Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung eingestellt, der der Hochspannungsverhinderungsspannung Vt entspricht. Falls der angewiesene Leistungserzeugungsbetrag wie oben beschrieben auf den Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung eingestellt werden kann, kann eine Situation vermieden werden, in der die durch das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung bestimmte Hochspannungsverhinderungsspannung Vt (eine Spannung, die dem Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung entspricht) aufgehoben wird.
Es ist zu beachten, daß, falls der angewiesene Leistungserzeugungsbetrag zwischen t1 und t2 auf den Leistungserzeugungsbetrag Pt zur Verhinderung der Hochspannung eingestellt ist und falls die Oxidationsgasversorgung nichtsdestoweniger unzureichend ist, der Ausgangsstrom nicht dem geforderten Betrag entsprechen würde und demgemäß ein Versuch, Leistung im Bereich des angewiesenen Leistungserzeugungsbetrags zu erzeugen, erfolglos enden würde. Falls sich die Aktion beim obigen Zustand während längerer Zeit fortsetzt, würde sie den Brennstoffzellenstapel belasten; jedoch ist es im Vergleich mit dem Falle vorteilhaft, in dem die Brennstoffzelle in den Hochspannungszustand eintritt, weil die Beeinträchtigung des Stapels verringert werden kann. Zusätzlich kann die Verschlechterung des Stapels durch eine Begrenzung der obigen Aktion auf eine kürzere Zeitspanne zwischen t1 und t2 minimiert werden.
Wenn, wie in 2(c) gezeigt, die Verknappung der Oxidationsgasversorgung zum Zeitpunkt t2 gelöst ist, bricht die Steuereinheit 6 die Verhinderung des Verfahrens zur Begrenzung der Ausgangsleistung ab. Als Ergebnis wird die Durchführung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung eingeleitet. Es ist zu beachten, daß in 2(d) nach t2 der erforderliche Leistungserzeugungsbetrag selbst als der angewiesene Leistungserzeugungsbetrag ausgegeben wird. Der Grund dafür ist, daß der für die Brennstoffzelle erforderliche Leistungserzeugungsbetrag, der durch die nicht unterbrochene Linie d3 in 2(d) dargestellt ist, kleiner ist als der durch die gepunktete Linie d2 dargestellte Leistungserzeugungsgrenzwert, weshalb die Brennstoffzelle von der Beschränkung durch das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung ausgenommen ist und der durch die nicht unterbrochene Linie d3 dargestellte erforderliche Leistungserzeugungsbetrag größer ist als der durch die gepunktete Linie d1 dargestellte Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung, und deshalb ist die Brennstoffzelle auch von der erzwungenen Reduzierung der Ausgangsspannung durch das Verfahrens zur Hochspannungsverhinderung ausgenommen.
Ob die Knappheit der Oxidationsgasversorgung behoben ist oder nicht, kann zum Beispiel auf folgende Weise festgestellt werden. Die Steuereinheit 6 (Feststellungsmittel) vergleicht die vom Drehzahlfühler N ermittelte Drehzahl und die für den Kompressor 31 angewiesene Drehzahl, stellt fest, ob die ermittelte Drehzahl kleiner ist als die angewiesene Drehzahl und ein Abstand zwischen der ermittelten Drehzahl und der angewiesenen Drehzahl besteht, und bestimmt dadurch, ob die Verknappung der Oxidationsgasversorgung behoben wurde oder nicht. Falls ein Abstand zwischen der festgestellten Drehzahl und der angewiesenen Drehzahl besteht, stellt die Steuereinheit fest, daß die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf die geforderte Versorgungsmenge unzureichend ist. Falls kein Abstand zwischen der ermittelten Drehzahl und der angewiesenen Drehzahl besteht, d. h. falls sie eng benachbart oder gleich sind, stellt die Steuereinheit 6 fest, daß die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf die geforderte Versorgungsmenge ausreichend ist. d. h. sie stellt fest, daß die Verknappung der Oxidationsgasversorgung beseitigt ist.
Dabei besitzt die Steuereinheit 6 physisch beispielsweise eine CPU, ein ROM und eine Festplatte zur Speicherung von Steuerprogrammen und durch die CPU bearbeiteten Daten, ein hauptsächlich als verschiedene Arbeitsbereiche für die Steuerverfahren benutztes RAM, und eine Ein- und Ausgabe-Schnittstelle. Diese Komponenten sind unter einander durch einen Bus verbunden. Mit der Schnittstelle sind verschiedene Fühler einschließlich des Drehzahlfühlers N, des elektrischen Stromfühlers A und des Spannungsfühlers V verbunden, und ebenso verschiedene Antriebsvorrichtungen für den Antrieb des Kompressors 31, der Wasserstoffpumpe 44 usw.
Gemäß den im ROM gespeicherten Steuerprogrammen empfängt die CPU über die Schnittstelle die Ergebnisse der Ermittlungen der verschiedenen Fühler und verarbeitet sie unter Nutzung verschiedener Daten etc. im RAM, und als Ergebnis steuert die CPU beispielsweise die oben erwähnen Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung und zur Hochspannungsverhinderung. Überdies gibt die CPU über die Schnittstelle Steuersignale an die verschiedenen Antriebsvorrichtungen aus und steuert dadurch das ganze Brennstoffzellensystem 1.
Als nächstes wird unter Benutzung des in 4 gezeigten Ablaufdiagramms die Verfahrensweise zur Verhinderung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung erläutert.
Zunächst, wenn in einem die Hochspannungsverhinderung gestattenden Zustand ein dem intermittierenden Betrieb zugeordnetes Flag von EIN auf AUS geschaltet wird (Schritt S101), verhindert die Steuereinheit 6 das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung (Schritt S102) und startet die normale Aktion (Schritt S103).
Die Steuereinheit 6 ermittelt dann, ob die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf die erforderliche Versorgungsmenge unzureichend ist (Schritt S104). Falls das Ergebnis der vorstehenden Ermittlung JA ist (JA beim Schritt S104), wiederholt die Steuereinheit 6 die Ermittlung beim Schritt S104.
Falls die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf die erforderliche Versorgungsmenge beim obigen Schritt S104 als ausreichend beurteilt wird (NEIN beim Schritt S104), stoppt die Steuereinheit 6 die Verhinderung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung (Schritt S105). Mit anderen Worten, zu diesem Zeitpunkt wird die Durchführung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung gestartet.
Wie oben beschrieben, ist es beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß dieser Ausführungsform möglich, das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung in einem Zustand, der die Verhinderung der Hochspannung gestattet, bei Aktivierung nach einer intermittierenden Aktion zu unterbinden, bis die Verknappung der Oxidationsgasversorgung beseitigt ist. Demgemäß kann, selbst wenn auf die Aktivierung nach einer intermittierenden Aktion folgend die Oxidationsgasversorgung unzureichend ist, verhindert werden, daß der Betrag der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 2 durch das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung darauf reduziert wird, geringer zu sein als der Grenzwert der Leistungserzeugung, der niedriger ist als der erforderliche Betrag der Leistungserzeugung, oder diesem gleich zu sein. Als Ergebnis ist es, der Aktivierung nach einer intermittierenden Aktion in einem die Hochspannungsverhinderung gestattenden Zustand folgend, möglich, sicherzustellen, daß das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung durchgeführt wird und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle dadurch derart reduziert wird, daß sie geringer ist als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder dieser gleich. Mit anderen Worten, es ist möglich, sicherzustellen, daß nach der Aktivierung der Brennstoffzelle ein Hochspannungszustand verhindert wird.
Des weiteren kann, wenn die Verhinderung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung aufgehoben wird, der Betrag der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle auf weniger als den Leistungserzeugungsgrenzwert oder auf diesen reduziert werden, und demgemäß können unnötige Leistungsverluste reduziert werden und ein hoher Wirkungsgrad der Leistungserzeugung realisiert werden.
Es ist zu beachten, daß die Zeitspanne der Verhinderung der Ausgangsleistungsbeschränkung begrenzt werden kann. Beispielsweise kann die Steuereinheit 6 (Aufhebungsmittel) die Verhinderung der Ausgangsleistungsbeschränkung aufheben, wenn nach der Aktivierung der Brennstoffzelle 2 eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist. Als Ergebnis ist es beispielsweise möglich, daß selbst in dem Falle, in dem auf die Aktivierung der Brennstoffzelle folgend die Ausgangsleistung weiter den Leistungserzeugungsgrenzwert d2 überschreitet, beispielsweise durch das fortgesetzte Betätigen des Fahrpedals durch den Fahrzeugführer, die Fortsetzung einer solchen nachteilige Leistungsausgabe während einer längeren Zeit verhindert wird und folglich die Beeinträchtigung der Brennstoffzelle reduziert wird.
Ein besonderer Zeitpunkt für die Aufhebung kann dadurch bestimmt werden, daß beispielsweise der Zeitpunkt in Betracht gezogen wird, der nach der Aktivierung der Brennstoffzelle 2 aufgrund der Ansprechverzögerung des Kompressors 31 entsprechend einer erwarteten Verzögerung der Versorgung mit Oxidationsgas bestimmt wird, der Zeitpunkt, an dem nach der Aktivierung der Brennstoffzelle 2 der Oxidationsgasdurchfluß einen besonderen, vorher bestimmten Wert erreicht, und der Zeitpunkt, an dem nach der Aktivierung der Brennstoffzelle 2 die Drehzahl des Kompressors 31 eine besonderten, vorher bestimmten Wert erreicht.
Weiterhin wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Verhinderung der Beschränkung der Ausgangsleistung unter der Bedingung gestoppt, daß die Verknappung der Oxidationsgasversorgung aufgehoben ist, doch ist die Bedingung für das Stoppen der Verhinderung nicht auf diese Bedingung beschränkt. Beispielsweise kann die Verhinderung der Beschränkung der Ausgangsleistung gestoppt werden, wenn sowohl der Betrag der für die Brennstoffzelle erforderlichen Leistungserzeugung als auch der Grenzwert der Leistungserzeugung größer werden als der Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung oder diesem gleich. Kurz gesagt, falls die Verhinderung der Beschränkung der Ausgangsleistung gestoppt wird, wenn die Situation dergestalt wird, daß der geforderte Betrag der Leistungserzeugung nicht gemäß dem Leistungserzeugungsgrenzwert auf einen Wert geringer als der Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung oder diesem gleich reduziert wird, würde die durch das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung bestimmte Spannung nicht aufgehoben werden.
Genauer gesagt stellt die Steuereinrichtung 6 (Feststellungsmittel) fest, ob oder ob nicht sowohl der Betrag der erforderlichen Leistungserzeugung als auch der Grenzwert der Leistungserzeugung größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung der der Hochspannungsverhinderungsspannung entspricht, oder diesem gleich. Die Steuereinheit (Verhinderungsmittel) 6 verhindert das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung unter einer Bedingung, die eine Hochspannungsverhinderung von dem Zeitpunkt an gestattet, zu dem die Betriebsweise der Brennstoffzelle von der intermittierenden Betriebsweise zur normalen Betriebsweise umgeschaltet wurde, bis festgestellt wird, daß sowohl der Betrag der erforderlichen Leistungserzeugung als auch der Grenzwert der Leistungserzeugung größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung oder diesem gleich.
Als Ergebnis ist es möglich, das Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung zu verhindern, nachdem die Brennstoffzelle aktiviert wurde, bis sowohl der Betrag der erforderlichen Leistungserzeugung als auch der Grenzwert der Leistungserzeugung größer geworden sind als der Leistungserzeugungsbetrag zur Verhinderung der Hochspannung, und demgemäß ist es möglich, sicherzustellen, daß nach einer auf die intermittierende Aktion folgenden Aktivierung das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung durchgeführt wird und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle dadurch auf einen Wert geringer als die Hochspannungsverhinderungsspannung oder dieser gleich reduziert wird. Mit anderen Worten, es ist möglich, sicherzustellen, daß die Brennstoffzelle daran gehindert wird, nach ihrer Aktivierung in den Hochspannungszustand überzugehen.
Zudem verhindert bei der obigen Ausführungsform die Steuereinheit das Verfahren zur Hochspannungsverhinderung, wenn die Betriebsweise von der intermittierenden Betriebsweise zur normalen Betriebweise umgeschaltet wird, aber der Zeitpunkt des Starts der Verhinderung des Verfahren zur Beschränkung der Ausgangsleistung ist nicht auf das oben Geschilderte beschränkt. Beispielsweise kann die Verhinderung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung gestartet werden, wenn die Brennstoffzelle 2 nach dem Motorstart aktiviert wird. Mit anderen Worten, was nötig ist, ist, daß in Fällen, in welchen eine Verzögerung bei der Versorgung mit Oxidationsgas auftreten könnte, nach der Aktivierung der Brennstoffzelle die Verhinderung des Verfahrens zur Beschränkung der Ausgangsleistung gestartet wird.
Des weiteren stellt bei der obigen Ausführungsform die Steuereinheit 6 fest, daß die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf den erforderlichen Betrag der Versorgung unzureichend ist, falls eine Verzögerung zwischen der ermittelten Drehzahl und der angewiesenen Drehzahl besteht, aber die Bedingung zur Feststellung, ob Überschuß oder Mangel ist nicht auf Obiges beschränkt. Beispielsweise kann die Oxidationsgasversorgung in Bezug auf die erforderliche Versorgungsmenge als unzureichend beurteilt werden, wenn die ermittelte Drehzahl kleiner ist als die angewiesene Drehzahl.
Außerdem können, obwohl die obige Ausführungsform den Fall eines mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ausgerüsteten Fahrzeugs erläutert, auch verschiedene andere bewegliche Objekte als Brennstoffzellenfahrzeuge (Roboter, Schiffe, Flugzeuge, etc.) mit dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet werden. Zudem kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung auch in ortsfesten Leistungserzeugungssystemen als Leistungserzeugungsanlage in Gebäuden (Häuser, Bürogebäude, etc.) genutzt werden.
Gewerbliche Verwertbarkeit
Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist geeignet, eine Brennstoffzelle davor zu bewahren, nach ihrer Aktivierung in einen Hochspannungszustand überzugehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-100820 [0002]

Claims

Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die mit Reaktansgasen versorgt wird und aus den Reaktansgasen durch eine elektrochemische Reaktion Leistung erzeugt; ein Hochspannungsverhinderungsmittel, das unter einer vorgegebenen Bedingung eine Hochspannungsverhinderung durch eine Reduzierung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert kleiner als eine vorgegebene Hochspannungsverhinderungsspannung oder gleich dieser gestattet; einen Kompressor, der die Brennstoffzelle mit einem Oxidationsgas versorgt, das eines der Reaktansgase ist; ein Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung, das die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle durch Reduzierung des Betrags der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle auf einen Wert kleiner als ein vorgegebener Leistungserzeugungsgrenzwert oder gleich diesem begrenzt, der niedriger ist als ein geforderter Betrag der Leistungserzeugung, so daß ein stöchiometrisches Verhältnis des Oxidationsgases innerhalb eines vorgegebenen, zulässigen Bereichs gehalten wird; und ein Verhinderungsmittel, das die Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung während einer vorgegebenen Zeitspanne begrenzt, unmittelbar nachdem die Brennstoffzelle aktiviert ist und dabei die Bedingung für die Gestattung der Hochspannungsverhinderung erfüllt ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei dem die vorgegebene Zeitspanne eine Zeitspanne von der Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die Oxidationsgasversorgung einer geforderten Versorgungsmenge entspricht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, weiter umfassend ein Feststellungsmittel das feststellt, ob die Oxidationsgasversorgung der geforderten Versorgungsmenge entspricht oder nicht, wobei das Verhinderungsmittel die Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung nach der Aktivierung der Brennstoffzelle verhindert, bis das Feststellungsmittel feststellt, daß die Oxidationsgasversorgung der geforderten Versorgungsmenge entspricht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, weiter umfassend einen Drehzahlfühler, der die Drehzahl eines Kompressormotors ermittelt, wobei das Feststellungsmittel feststellt, daß die Oxidationsgasversorgung nicht der geforderten Versorgungsmenge entspricht, falls ein Abstand zwischen der vom Drehzahlfühler festgestellten Drehzahl und einer für den Kompressor angewiesenen Drehzahl vorhanden ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei das Feststellungsmittel feststellt, daß die Oxidationsgasversorgung nicht der geforderten Versorgungsmenge entspricht, falls die vom Drehzahlfühler ermittelte Drehzahl kleiner ist als die für den Kompressor angewiesenen Drehzahl.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die vorgegebene Zeitspanne eine Zeitspanne von der Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem sowohl der Leistungserzeugungsgrenzwert als auch der für die Brennstoffzelle geforderte Betrag der Leistungserzeugung derart angestiegen sind, daß sie größer sind als ein der Hochspannungsverhinderungsspannung entsprechender Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder diesem gleich.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, weiter umfassend ein Feststellungsmittel, das feststellt, ob oder ob nicht sowohl der Leistungserzeugungsgrenzwert als auch der für die Brennstoffzelle geforderte Betrag der Leistungserzeugung größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder gleich diesem, wobei das Verhinderungsmittel die Begrenzung durch das Begrenzungsmittel für die Ausgangsleistung nachfolgend auf die Aktivierung der Brennstoffzelle bis zu dem Zeitpunkt verhindert, an dem das Feststellungsmittel feststellt, daß der Leistungserzeugungsgrenzwert und der geforderte Leistungserzeugungsbetrag größer sind als der Leistungserzeugungsbetrag für die Hochspannungsverhinderung oder gleich diesem.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1–7, bei welchem die Aktivierung der Brennstoffzelle eine der Vollendung einer intermittierenden Aktion folgende Aktivierung ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1–8, weiter umfassend ein Aufhebungsmittel, das die Verhinderung durch das Verhinderungsmittel aufhebt, wenn eine mit der Aktivierung der Brennstoffzelle beginnende, vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist.