DE112009004964T5

DE112009004964T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112009004964T5
Application number: DE112009004964T
Authority: DE
Inventors: Tomotaka Ishikawa; Hiromi Tanaka; Osamu Yumita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2029-06-20
Also published as: CN102460800A; US8092947B1; WO2010146712A1; US20120015269A1; CN102460800B; JPWO2010146712A1; DE112009004964B4; JP5570508B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein Brennstoffzellensystem, welches einen Aufwärmbetrieb durch Verringern einer Zufuhr von Oxidationsgas zu der Brennstoffzelle ausführt, wobei das System aufweist: eine Brennstoffzelle; und eine Steuereinheit, welche der Brennstoffzelle zugeführte Mengen von Oxidationsgas und Brenngas regelt und einen Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle steuert. Während des Aufwärmbetriebs mit einer verringerten Zufuhr von Oxidationsgas zu der Brennstoffzelle verändert die Steuereinheit eine Spannung der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitraum, um Strom-Spannungs-Kennlinien zu erhalten, die eine Beziehung einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms der Brennstoffzelle zeigen(Schritt S02), berechnet basierend auf den erhinen wirksamen Katalysatorbereich der Brennstoffzelle, und bestimmt, ob der Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich gestoppt werden kann oder nicht (Schritt S03).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das, wenn es bei einer Temperatur unter Null gestartet wird, einen Aufwärmbetrieb durch Verringern einer Zufuhr von Oxidationsgas zu einer Brennstoffzelle ausführt.
STAND DER TECHNIK
Von elektrischer Leistung erzeugenden Brennstoffzellen, die eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff nutzen, sind Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen bekannt. Eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle dieser Art weist einen Stapel auf, der durch eine Mehrzahl von gestapelten Zellen ausgebildet ist. Jede den Stapel bildende Zelle weist eine Anode (Brennstoffelektrode) und eine Kathode (Luftelektrode) auf, und eine Fest-Polymer-Elektrolytmembran mit einer Sulfonsäuregruppe als Ionenaustauschgruppe ist zwischen der Anode und der Kathode angeordnet.
Ein Brenngas (wasserstoffangereicherter, reformierter Wasserstoff, der durch Reformierung von Wasserstoffgas oder Kohlenwasserstoff erhalten wird) wird der Anode zugeführt, während ein Oxidationsgas (z. B. Luft), das Sauerstoff als Oxidationsmittel enthält, der Kathode zugeführt wird. Beim Zuführen des Brenngases zu der Anode reagiert in dem Brenngas enthaltener Wasserstoff mit einem Katalysator in einer Katalysatorschicht der Anode, was zu der Erzeugung von Wasserstoffionen führt. Die erzeugten Wasserstoffionen treten durch die Fest-Polymer-Elektrolytmembran durch und reagieren elektrisch mit dem Sauerstoff in der Kathode. Mittels dieser elektrochemischen Reaktion wird elektrische Leistung erzeugt.
Bei einem Brennstoffzellensystem, welches eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle als Leistungsquelle verwendet, verringert sich die Temperatur der Brennstoffzelle, falls das System den Betrieb stoppt, und das Wasser innerhalb der Brennstoffzelle, das bis zu diesem Zeitpunkt in einem heißen und feuchten Zustand vorlag, würde kondensieren, um Tautropfen zu bilden, oder gefrieren. Insbesondere gefriert das durch die Leistungserzeugungsreaktion erzeugte Wasser auf der Oberfläche der Elektrode, wodurch die Zufuhr von Sauerstoff gestört und die Leistungserzeugungsreaktion verhindert werden würde, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle unter Null liegt.
Somit wird, wenn das System bei einer Temperatur unter Null gestartet wird, ein Aufwärmbetrieb ausgeführt, in dem eine der Brennstoffzelle zugeführte Menge von Oxidationsgas verringert wird, um eine Wärmeerzeugungsmenge zu erhöhen (siehe nachstehendes Patentdokument 1). Zudem wurde ein Brennstoffzellensystem wie im nachstehenden Patentdokument 2 beschrieben vorgeschlagen, um Probleme zu reduzieren, die auftreten würden, wenn die Brennstoffzelle während eines solchen Aufwärmbetriebs eine negative Spannung mit mangelnden Wasserstoffgas aufweist.
Bei der in Patentdokument 2 beschriebenen Technik wird ein Brennstoffzellensystem gesteuert, das ein in 2 des Dokuments dargestelltes Flussdiagramm verwendet. Gemäß dem Flussdiagramm in 2 des Patentdokuments 2 wird ein Aufwärmbetrieb ausgeführt, falls sich die Brennstoffzelle bei einer Temperatur von 0°C oder weniger befindet, und gestoppt, falls die Temperatur über 0°C steigt.
STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
Patentdokumente

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-30979
Patentdokument 2: offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-198439

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösendes Problem
Eine Brennstoffzelle (Brennstoffzellenstapel) weist eine große Wärmekapazität auf und es braucht Zeit, um alle Abschnitte der Brennstoffzelle (Brennstoffzellenstapel) aufzuwärmen. Zudem kann, selbst wenn der Abschnitt, für den die Temperatur gemessen wurde, eine Temperatur über 0°C aufweist, die Möglichkeit, dass Eis in einem Gasströmungsweg verbleibt und dort ein Verstopfen verursacht, nicht ignoriert werden, und in Anbetracht dessen ist es nicht immer geeignet, einen Aufwärmbetrieb einfach basierend auf der Tatsache, dass die Temperatur der Brennstoffzelle über 0°C liegt, zu stoppen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Probleme gemacht, und die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das, wenn es bei einer Temperatur unter Null gestartet wird, einen Aufwärmbetrieb durch Verringern einer Zufuhr von Oxidationsgas zu einer Brennstoffzelle ausführt wobei das System in der Lage ist, genau herauszufinden, ob sich ein Gasströmungsweg in einem Verstopfungszustand befindet oder nicht, so dass der Start und Stopp des Aufwärmbetriebs genau beurteilt werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die Erfindung ein Brennstoffzellensystem bereit, das einen Aufwärmbetrieb durch Verringern einer einer Brennstoffzelle zugeführten Menge von Oxidationsgas ausführt, wobei das System aufweist: eine Brennstoffzelle; und eine Steuereinheit, die der Brennstoffzelle zugeführte Mengen von Oxidationsgas und Brenngas regelt und einen Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle steuert, wobei, während des Auswärmbetriebs mit einer verringerten Zufuhr von Oxidationsgas zu der Brennstoffzelle, die Steuereinheit eine Spannung der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitabschnitt verändert, um Strom-Spannungs-Kennlinien zu erhalten, die eine Beziehung einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms der Brennstoffzelle zeigen, und wobei die Steuereinheit einen wirksamen Katalysatorbereich der Brennstoffzelle basierend auf den erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien berechnet und basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob der Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle gestoppt werden kann oder nicht.
Gemäß der Erfindung wird, während ein Aufwärmbetrieb durch Verringern einer der Brennstoffzelle zugeführten Menge von Oxidationsgas ausgeführt wird, die Spannung der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitabschnitt verändert; anders ausgedrückt, eine Stromablenkung bzw. Stromspitze (current sweep) wird bei der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitabschnitt ausgeführt. Wenn die Stromspitze bei der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitabschnitt ausgeführt wird, nimmt ein Ausgangsstrom zusammen mit einer Abnahme der Spannung zu, da sich eine Oxidschicht von dem Katalysator ablöst, danach jedoch nimmt der Ausgangsstrom aufgrund der Oxidation des Katalysators ab, und durch anschließendes Erhöhen der Spannung kehrt die Brennstoffzelle zu der Spannungs-Strom-Beziehung zum Entstehungspunkt zurück. Da die somit erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien fast die gleichen wie die zyklische Voltammetrie(CV, CV: cyclic voltametrie)-Kurve der die Brennstoffzelle bildenden Einzelzelle sind, kann ein Bereich entsprechend eines Bereichs eines Oxidationsstroms in der CV-Kurve aus den erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien erhalten werden, und somit kann der wirksame Katalysatorbereich erhalten werden. Demzufolge wird bei dieser Erfindung der wirksame Katalysatorbereich der Brennstoffzelle durch Verändern der Spannung der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitabschnitt berechnet, und der berechnete wirksame Katalysatorbereich wird verwendet, um genau zu bestimmen, ob der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle verstopft ist oder nicht, um dadurch zu bestimmen, ob der Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle gestoppt werden kann oder nicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem wird bevorzugt, dass die Steuereinheit basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob die Zirkulation in einem Anodenkreislaufsystem zulässig ist oder nicht, wobei das Anodenkreislaufsystem ein System zum Zuführen eines Brenngases zu der Brennstoffzelle auf zirkulierende Weise ist. Da durch Berechnen des wirksamen Katalysatorbereichs genau bestimmt werden kann, ob der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle verstopft ist oder nicht, kann die Zirkulation in dem Anodenkreislaufsystem gestoppt werden, wenn der Strömungsweg in dem Anodenkresilaufsystem als eingefroren gilt. Es wird angenommen, dass das Verstopfen in dem Gasströmungsweg der Brennstoffzelle auf das Einfrieren zurückzuführen ist, und somit kann ein weiteres Verstopfen durch Stoppen der Zirkulation in dem Anodenkreislaufsystem auf die vorstehend erläuterte Weise unterdrückt bzw. vermieden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem wird zudem bevorzugt, dass die Steuereinheit basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob die Zirkulation in einem Kühlsystem der Brennstoffzelle zulässig ist oder nicht. Selbst bei dem Fall, bei dem die Zirkulation in dem Kühlsystem gestoppt wird, um den Aufwärmbetrieb effizienter auszuführen, da durch Berechnen des wirksamen Katalysatorbereichs genau bestimmt werden kann, ob der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle verstopft ist oder nicht, kann die Zirkulation des Kühlsystems gestartet werden, falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Wirkung der Erfindung
Die Erfindung kann ein Brennstoffzellensystem schaffen, das genau herausfinden kann, ob ein Gasströmungsweg in einem Verstopfungszustand ist oder nicht, und kann somit den Start und Stopp eines Aufwärmbetriebs genau beurteilen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt ein Diagramm, das die Konfiguration eines in einem Brennstoffzellenfahrzeug installierbaren Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen, ob ein Aufwärmbetrieb in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem gestoppt kann werden oder nicht;
3 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Strom-Spannungs-Kennlinien einer Brennstoffzelle zeigt, die basierend auf dem in 2 gezeigten Flussdiagramm erhalten werden;
4 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer CV-Kurve einer Einheitszelle zeigt, die eine Brennstoffzelle bildet;
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen, ob die Zirkulation in einem Brennzufuhrsystem in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem zulässig ist oder nicht; und
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen, ob die Zirkulation in einem Kühlsystem in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem zulässig ist oder nicht.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Damit die Beschreibung auf einfache Weise verstanden werden kann, sind den gleichen Komponenten, soweit in den entsprechenden Figuren möglich, gleiche Bezugszeichen gegeben, und es wird auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet.
Zunächst wird ein in einem Brennstoffzellenfahrzeug installierbares Brennstoffzellensystem FCS gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein Diagramm, das die Systemkonfiguration eines Brennstoffzellensystems FCS zeigt, das als ein fahrzeugseitiges Leistungsquellensystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs dient. Das Brennstoffzellensystem FCS kann in einem Fahrzeug, wie z. B. Brennstoffzellenautos (FCHV), elektrischen Autos oder Hybridautos, installiert sein.
Das Brennstoffzellensystem FCS hat: eine Brennstoffzelle FC; ein Oxidationsgaszuführsystem ASS; ein Brenngaszuführsystem FSS (Anodenkreislaufsystem); ein elektrisches Leistungssystem ES; ein Kühlsystem CS und eine Steuerung EC. Die Brennstoffzelle FC empfängt die Zufuhr der Reaktionsgase (Brenngas, Oxidationsgas) und erzeugt elektrische Leistung. Das Oxidationsgaszuführsystem ASS ist ein System zum Zuführen von Luft als Oxidationsgas zur Brennstoffzelle FC. Das Brenngaszuführsystem FSS ist ein System zum Zuführen von Wasserstoffgas als Brenngas zur Brennstoffzelle FC. Das elektrische Leistungssystem ES ist ein System zum Steuern von elektrischer Leistungsladung/-entladung. Das Kühlsystem CS ist ein System zum Kühlen der Brennstoffzelle FC. Die Steuerung EC ist eine Steuerung für das gesamte Steuern des ganzen Brennstoffzellensystems FCS.
Die Brennstoffzelle FC ist als ein Zellenstapel vom Fest-Polymer-Elektrolyt-Typ ausgebildet, der aus einer Anzahl von in Reihe gestapelten Zellen (jede Einzelzelle hat (als ein Leistungserzeuger) eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyt) besteht. In der Brennstoffzelle FC tritt im Normalbetrieb die durch die Formel (1) gezeigte Oxidationsreaktion in der Anode auf, und die durch die Formel (2) gezeigte Reduktionsreaktion tritt in der Kathode auf, und in der Brennstoffzelle FC als Ganzes tritt die durch die Formel (3) gezeigte elektrogene Reaktion auf. H₂ → 2H⁺ + 2e^– (1) ½O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O (2) H₂ + ½O₂ → H₂O (3)
Das Oxidationsgaszuführsystem ASS weist einen Oxidationsgasströmungsweg AS3 und einen Oxidationsabgasströmungsweg AS4 auf. Der Oxidationsgasströmungsweg AS3 ist ein Strömungsweg, durch den das Oxidationsgas strömt, um der Kathode der Brennstoffzelle FC zugeführt zu werden. Der Oxidationsabgasströmungsweg AS4 ist ein Strömungsweg, durch den das von der Brennstoffzelle FC abgegebene Oxidationsabgas strömt.
Der Oxidationsgasströmungsweg AS3 ist mit einem Luftkompressor AS2 und einem Befeuchter AS5 vorgesehen. Der Luftkompressor AS2 ist ein Kompressor zum Einbringen des Oxidationsgases über einen Filter AS1 aus der Umgebung bzw. Atmosphäre. Der Befeuchter AS5 ist eine Vorrichtung zum Befeuchten des durch den Luftkompressor AS2 komprimierten bzw. verdichteten Oxidationsgases.
Der Oxidationsabgasströmungsweg AS4 ist mit einem Drucksensor S6, einem Gegendruckregelventil A3 und dem Befeuchter ASS vorgesehen. Das Gegendruckregelventil A3 ist ein Ventil zum Regeln des Oxidationsgaszufuhrdrucks. Der Befeuchter AS5 ist als Vorrichtung zum Austauschen von Feuchtigkeit zwischen dem Oxidationsgas (trockenem Gas) und dem Oxidationsabgas (feuchtes Gas) vorgesehen.
Das Brenngaszuführsystem FSS weist eine Brenngaszuführquelle FS1, einen Brenngasströmungsweg FS3, einen Kreislaufströmungsweg FS4, eine Kreislaufspumpe FS5 und einen Abgas-/Ablassströmungsweg FS6 auf. Der Brenngasströmungsweg FS3 ist ein Strömungsweg, durch den das der Anode der Brennstoffzelle FC aus der/von der Brenngaszuführquelle FS1 zuzuführende Brenngas strömt. Der Kreislaufströmungsweg FS4 ist ein Strömungsweg zum Rückführen des aus der Brennstoffzelle FC abgeführten Brennabgases zu dem Brenngasströmungsweg FS3. Die Kreislaufpumpe FS5 pumpt das Brennabgas innerhalb des Kreislaufströmungswegs FS4 in den Brenngasströmungsweg FS3. Der Abgas-/Ablassströmungsweg FS6 ist ein Strömungsweg, der von dem Kreislaufströmungsweg FS4 abgezweigt ist und mit diesem verbunden ist.
Die Brenngaszuführquelle FS1 ist z. B. aus einem Hochdruck-Wasserstofftank oder einer wasserstoffabsorbierenden Legierung ausgebildet und speichert Wasserstoffgas unter einem hohen Druck (z. B. 35 MPa bis 70 MPa). Wenn ein Sperrventil H1 geöffnet wird, strömt das Brenngas aus der Brenngaszuführquelle FS1 zu dem Brenngasströmungsweg FS3. Der Druck des Brenngases wird durch einen Regler H2 oder einen Injektor FS2 z. B. auf ca. 200 kPa verringert, und das resultierende Gas wird der Brennstoffzelle FC zugeführt.
Der Brenngasströmungsweg FS3 ist mit dem Sperrventil H1, dem Regler H2, dem Injektor FS2, einem Sperrventil H3 und einem Drucksensor S4 vorgesehen. Das Sperrventil H1 ist ein Ventil zum Blockieren oder Zulassen der Brenngaszufuhr aus der Brenngaszuführquelle FS1. Der Regler H2 ist zum Regeln des Drucks des Brenngases vorgesehen. Der Injektor FS2 ist zum Steuern der zu der Brennstoffzelle FC zugeführten Menge von Brenngas vorgesehen. Das Sperrventil H3 ist ein Ventil zum Blockieren der Brenngaszufuhr der Brennstoffzelle FC.
Der Regler H2 ist eine Vorrichtung zum Regeln des Drucks auf der stromaufwärtigen Seite (Primärdruck) auf einen voreingestellten Sekundärdruck, und er ist z. B. aus einem mechanischen Druckreduzierungsventil zum Verringern des Primärdrucks ausgebildet. Das mechanische Druckreduzierungsventil weist ein Gehäuse, auf dem eine Gegendruckkammer und eine Druckregelkammer ausgebildet sind, die durch eine Membran voneinander getrennt sind, und weist eine Konfiguration auf, bei der mit dem Gegendruck in der Gegendruckkammer der Primärdruck auf einen vorbestimmten Druck in der Druckregelkammer verringert wird, um dadurch den Sekundärdruck zu erhalten. Durch Anordnen des Reglers H2 auf der stromaufwärtigen Seite des Injektors FS2 kann der stromaufwärtsseitige Druck des Injektors FS2 wirksam verringert werden.
Der Injektor FS2 ist ein AN-AUS-Ventil vom Typ mit elektromagnetischer Ansteuerung mit einer Konfiguration, bei der ein Ventilkörper direkt durch eine elektromagnetische Ansteuerkraft mit einer vorbestimmten Ansteuerperiode angesteuert wird, um von einem Ventilsitz getrennt zu werden, um dadurch eine Gasströmungsrate oder einen Gasdruck zu steuern. Der Injektor FS2 ist vorgesehen mit: einem Ventilsitz mit einem Injektorloch, durch das gasförmiger Brennstoff, wie z. B. Brenngas, eingespritzt wird; einem Düsenkörper zum Zuführen und Leiten des gasförmiger Brennstoffs zu dem Injektorloch; und einem Ventilkörper, der derart gehalten ist, um auf eine Weise enthalten zu sein, dass der Ventilkörper zum Öffnen und Schließen des Injektorlochs in Axialrichtung (Gasströmungsrichtung) bezüglich des Düsenkörpers bewegbar ist.
Der Ventilkörper des Injektors FS2 wird durch einen Magneten bzw. Solenoid angetrieben, der ein elektromagnetischer Antrieb ist, und ist derart konfiguriert, dass Steuersignale, die aus der Steuerung EC ausgegeben werden, eine Gaseinspritzdauer und eine Gaseinspritzzeit des Injektors FS2 steuern können. Um Gas stromabwärts davon mit einer erforderlichen Strömungsrate zuzuführen, ändert der Injektor FS2 mindestens den Öffnungsbereich (Grad der Öffnung) und/oder die Öffnungszeitdauer des Ventilkörpers, das in einem Gasströmungsweg des Injektors FS2 vorgesehen ist, um dadurch die Strömungsrate (oder Wasserstoffmolkonzentration) des zu der stromabwärtigen Seite zugeführten Gases einzustellen.
Der Kreislaufströmungsweg FS4 ist mit einem Sperrventil H4 vorgesehen und ist mit dem Abgas-/Ablassströmungsweg FS6 verbunden. Der Abgas-/Ablassströmungsweg FS6 weist ein Abgas/Ablassventil H5 auf, das unter Steuerung bzw. Kontrolle der Steuerung EC betrieben wird, um das Verunreinigungen enthaltende Brennabgas und Wasser innerhalb des Kreislaufströmungswegs FS4 nach außen abzugeben. Durch Öffnen des Abgas/Ablassventils H5 wird die Konzentration an Verunreinigungen in dem Brennabgas in dem Kreislaufströmungsweg FS4 verringert und die Wasserstoffkonzentration des durch das Kreislaufsystem strömende Brennabgas kann somit erhöht werden.
Das über das Abgas-/Ablassventil H5 abgegebene Brennabgas wird mit dem in dem Oxidationsabgasströmungsweg AS4 strömenden Oxidationsabgas gemischt, und durch einen Verdünner (nicht in den Figuren gezeigt) verdünnt. Wenn sie durch einen Motor angetrieben wird, führt die Kreislaufpumpe FS5 das Brennabgas auf zirkulierende Weise in das Kreislaufsystem der Brennstoffzelle FC.
Das elektrische Leistungssystem ES hat einen DC/DC-Wandler ES1, eine Batterie ES2, einen Antriebsinverter bzw. -wechselrichter ES3, einen Antriebsmotor ES4 und Zusatzvorrichtungen ES5 auf. Das Brennstoffzellensystem FCS ist als paralleles Hybridsystem aufgebaut, in dem der DC/DC-Wandler ES1 und der Antriebsinverter ES3 zueinander parallel mit der Brennstoffzelle FC verbunden sind.
Der DC/DC-Wandler ES1 hat eine Funktion zum Erhöhen einer von der Batterie ES2 zugeführten Gleichstromspannung und zum Ausgeben derselben an den Antriebsinverter ES3, und hat ferner eine Funktion zum Senken der Spannung einer Gleichstromleistung, die von der Brennstoffzelle FC erzeugt wird, oder der Spannung einer regenerativen Leistung, die vom Antriebsmotor ES4 durch regeneratives Bremsen gesammelt wird, und zum Laden der Batterie ES2 mit der resultierenden Leistung. Mit dieser Funktionen des DC/DC-Wandlers ES1 wird das Laden und Entladen der Batterie ES2 gesteuert. Zudem wird mit der Spannungsumwandlungssteuerung durch den DC/DC-Wandler ES1 der Betriebspunkt (Ausgangsklemmenspannung bzw. Ausgangsanschlussspannung, Ausgangsstrom) der Brennstoffzelle FC gesteuert. Ein Spannungssensor S1 und ein Stromsensor S2 sind an der Brennstoffzelle FC angebracht. Der Spannungssensor S1 erfasst eine Ausgangsklemmenspannung der Brennstoffzelle FC. Der Stromsensor S2 erfasst einen Ausgangsstrom der Brennstoffzelle FC.
Die Batterie ES2 dient als: Quelle, in der eine überschüssige elektrische Leistung gespeichert wird; als Quelle, in der regenerative Energie bzw. Leistung während einem regenerativen Bremsen gespeichert wird; und ein Energie- bzw. Leistungspuffer, der verwendet wird, wenn sich die Belastung infolge einer Beschleunigung oder Verzögerung bzw. Bremsung des Brennstoffzellenfahrzeugs verändert. Eine Sekundärbatterie, wie z. B. eine Nickel/Cadmium-Batterie, eine Nickel/Wasserstoff-Batterie oder eine Lithiumsekundärbatterie, wird für die Batterie ES2 bevorzugt verwendet. Ein SOC-Sensor S3 zum Erfassen eines SOC (Ladezustand, SOC: state of charge) ist an der Batterie ES2 angebracht.
Der Antriebsinverter ES3 ist z. B. ein durch ein Pulsweitenmodulationssystem angesteuerter PWM-Inverter. Als Reaktion auf die Steuerbefehle aus der Steuerung EC wandelt der Antriebsinverter ES3 eine aus der Brennstoffzelle FC oder aus der Batterie ES2 ausgegebene Gleichstromspannung in eine Dreiphasen-Wechselstromspannung um, um dadurch das Drehmoment des Antriebsmotors ES4 zu steuern. Der Antriebsmotor ES4 ist z. B. ein dreiphasiger AC-Motor und bildet eine Leistungsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs aus.
Der Begriff ”Zusatzvorrichtungen ES5” wird als allgemeiner Begriff verwendet, der sich auf verschiedene in jedem Abschnitt des Brennstoffzellensystems FCS angeordnete Motoren (z. B. Leistungsquellen für Pumpen, etc.), auf Inverter zum Antreiben solcher Motoren und verschiedene fahrzeugseitige Zusatzeinheiten (z. B. einen Luftkompressor, einen Injektor, eine Kühlwasserkreislaufpumpe, einen Kühler, etc.) bezieht.
Das Kühlsystem CS weist einen Kühler CS1, eine Kühlmittelpumpe CS2, einen Kühlmittelzuflussweg CS3 und einen Kühlmittelabflussweg CS4 auf. Der Kühler CS1 kühlt ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle FC durch Abstrahlen der Wärme des Kühlmittels. Die Kühlmittelpumpe CS2 ist eine Pumpe zum Vor- und Zurückströmen des Kühlmittels zwischen der Brennstoffzelle FC und dem Kühler CS1. Der Kühlmittelzuflussweg CS3 ist ein den Kühler CS1 und die Brennstoffzelle FC verbindender Strömungsweg und ist mit der Kühlmittelpumpe CS2 versehen. Wenn die Kühlmittelpumpe CS2 angetrieben wird, strömt das Kühlmittel aus dem Kühler CS1 über den Kühlmittelzuflussweg CS3 in die Brennstoffzelle FC. Der Kühlmittelabflussweg CS4 ist ein die Brennstoffzelle FC und den Kühler CS1 verbindender Strömungsweg und ist mit einem Wassertemperatursensor S5 versehen. Wenn die Kühlmittelpumpe CS2 angetrieben wird, strömt das Kühlmittel, das verwendet wurde, um die Brennstoffzelle FC herunterzukühlen, in den Kühler CS1 zurück.
Die Steuerung EC (Steuereinheit) ist ein Computersystem, das mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle versehen ist, und die entsprechenden Abschnitte des Brennstoffzellensystems FCS steuert. Es startet z. B., wenn die Steuerung EC ein von einem Zündschalter ausgegebenes Zündsignal IG erhält, den Betrieb des Brennstoffzellensystems FCS. Danach bestimmt die Steuerung EC die erforderliche elektrische Leistung in dem gesamten Brennstoffzellensystem FCS z. B. basierend auf einem von einem Beschleunigungssensor ausgegebenen Beschleunigungs-Öffnungsgradsignal ACC und einem von einem Geschwindigkeitssensor ausgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal VC. Die erforderliche elektrische Leistung in dem gesamten Brennstoffzellensystem FCS entspricht der Summe der elektrischen Leistung zum Betreiben des Fahrzeugs und der elektrischen Leistung für die Zusatzvorrichtungen.
Die vorstehend erläuterte elektrische Leistung für die Zusatzvorrichtungen enthält: eine Leistung, die durch fahrzeugseitige Zusatzeinheiten konsumiert wird (einen Befeuchter, einen Luftkompressor, eine Wasserstoffpumpe, eine Kühlwasserkreislaufpumpe, usw.); eine Leistung, die durch erforderliche Vorrichtungen zum Betreiben des Fahrzeugs konsumiert werden (ein Drehzahlveränderungsgetriebe, eine Radsteuerung, eine Lenkvorrichtung, eine Aufhängung bzw. Federung, usw.); und eine Leistung, die durch in einem Insassenraum angebrachte Vorrichtungen konsumiert wird (eine Klimaanlage, eine Lichtvorrichtung, ein Audiosystem, usw.).
Die Steuerung EC bestimmt, welche Leistungsanteile jeweils von der Brennstoffzelle FC und aus der Batterie ES2 ausgegeben werden sollen. Die Steuerung EC steuert das Oxidationsgaszuführsystem ASS und das Brenngaszuführsystem FSS, so dass die durch die Brennstoffzelle FC erzeugte Leistung einer Soll-Leistung entspricht, und sie steuert zudem den DC/DC-Wandler ES1, um den Betriebspunkt (Ausgangsklemmenspannung, Ausgangsstrom) der Brennstoffzelle FC zu steuern. Ferner gibt die Steuerung EC Wechselstromspannungs-Befehlswerte für die entsprechenden U-, V- und W-Phasen als Schaltbefehle zu dem Antriebsinverter ES3 aus, um ein Soll-Drehmoment in Abhängigkeit des Öffnungsgrads des Gaspedals zu erzielen, um dadurch das Ausgangsdrehmoment und die Anzahl der Drehzahlen des Antriebsmotors ES4 zu steuern. Ferner steuert die Steuerung EC das Kühlsystem CS derart, dass die Brennstoffzelle FC bei einer geeigneten Temperatur ist.
Als nächstes wird mit Bezug auf 2 beschrieben, wie das Brennstoffzellensystem FCS dieser Ausführungsform bestimmt, ob ein rascher Aufwärmbetrieb fortgesetzt werden soll oder nicht. 2 zeigt ein Flussdiagramm zum Bestimmen, ob ein rascher Aufwärmbetrieb fortgesetzt werden soll oder nicht. Bei dieser Ausführungsform bedeutet ”rascher Aufwärmbetrieb” einen geringeren Wirkungsgradbetrieb bzw. niedrigeffizienter Betrieb, der mit einer verringerten Ausgangsklemmenspannung durch Verringern bzw. Senken der Menge an Luftzufuhr über den Antrieb des Luftkompressors AS2 ausgeführt wird.
In Schritt S01 wird die Temperatur der Brennstoffzelle FC erfasst. Diese Erfassung der Brennstoffzellen-FC-Temperatur wird durch einen in der Brennstoffzelle FC vorgesehenen Temperatursensor (nicht gezeigt in den Figuren) ausgeführt und die erfasste Temperatur wird an die Steuerung EC ausgegeben.
Im Anschluss zu Schritt S01 wird in Schritt S02 ein wirksamer Katalysatorbereich der Brennstoffzelle FC mittels einer Stromspitze der Brennstoffzelle FC für einen kurzen Zeitabschnitt berechnet. Insbesondere wird die Spannung der Brennstoffzelle FC für einen kurzen Zeitabschnitt (nicht länger als eine Sekunde) verändert, um dadurch Strom-Spannungs-Kennlinien zu erhalten, welche die Beziehung zwischen einer Ausgangsklemmenspannung und einem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle FC zeigt. 3 zeigt ein Beispiel der erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien. In 3 ist WP ein Betriebspunkt, bei dem ein rascher Aufwärmbetrieb ausgeführt wird. In 3 ist S1 eine durch Verändern der Ausgangsklemmenspannung der Brennstoffzelle FC erhaltene Kurve und diese Kurve S1 ist fast die gleiche wie die zyklische Voltammetrie(CV)-Kurve der die Brennstoffzelle FC bildenden Einheitszelle bzw. Elementarzelle.
4 zeigt ein Beispiel der vorstehend erläuterten CV-Kurve der Einheitszelle. Bei P1 in 4 schreitet eine Wasserstoffreaktion fort und die Reaktion der nachstehenden Formel (4) tritt in der Anode auf, während die Reaktion der nachstehenden Formel (5) in der Kathode auftritt. H₂ → 2H⁺ + 2e^– (4) 2H⁺ + 2e^– → H₂ (5)
In P2 tritt eine Katalysatoroxidationsreaktion, wie durch die nachstehende Formel (6) gezeigt, auf, und in P3 tritt eine Katalysatorreduktionsreaktion, wie durch die nachstehende Formel (7) gezeigt, auf. 2Pt + O₂ → 2PtO (6) 2PtO → 2Pt + O₂ (7)
In P4 schreitet eine Wasserstoffreaktion fort, und die Reaktion der nachstehenden Formel (8) tritt in der Anode auf, während die Reaktion der nachstehenden Formel (9) in der Katode auftritt. 2H⁺ + 2e^– → H₂ (8) H₂ → 2H⁺ + 2e^– (9)
Demgemäß wird in der CV-Kurve in 4 der wirksame Oberflächenbereich des Katalysators aus Platin durch Berechnen eines Bereichs eines Oxidationsstroms, der in etwa 0,1 bis 0,3 V (Bereich der Zone A2) entspricht, und durch Teilen des erhaltenen Bereichs eines Oxidationsstroms durch eine elektrische Größe, die aus einer Wasserstoffbeseitigung von dem Katalysator bei etwa 01, bis 0,3 V hervorgeht, erhalten. Anders ausgedrückt, die Größe des Bereichs der Zone A2 in 4 ist bezeichnend für die Größe des wirksamen Katalysatorbereichs.
Wie vorstehend bereits erläutert, entspricht die Zone A1 in 3 der Zone A2 in 4 und die Größe des Bereichs der Zone A1 ist bezeichnend für die Größe des wirksamen Katalysatorbereichs, da die Kurve S1 in 3, welche eine durch eine Stromspitze bei der Brennstoffzelle FC für einen kurzen Zeitabschnitt erhaltene Strom-Spannungs-Kurve ist, fast die gleiche wie die CV-Kurve S2 der die Brennstoffzelle FC bildenden Einheitszelle ist. Gemäß dem Vorstehenden wird der wirksame Katalysatorbereich der Brennstoffzelle FC erhalten.
Im Anschluss zu Schritt S02 wird in Schritt S03 beurteilt, ob die in Schritt S01 erfasste Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0°C ist und der in Schritt S02 berechnete wirksame Katalysatorbereich unter einem vorbestimmten Wert liegt. Falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur unter 0°C liegt und falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, schreitet der Vorgang zu Schritt S04 fort; und falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur gleich oder größer als 0°C ist, und falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S05 fort.
In Schritt S04 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC fortgesetzt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0°C liegt und der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, was bedeutet, dass der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC verstopft ist, und somit die Brennstoffzelle FC nicht vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
In Schritt S05 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC gestoppt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur gleich oder größer als 0°C ist und der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, was bedeutet, dass kein Verstopfen in dem Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC auftritt, und somit das Brenngas durch jede die Brennstoffzelle FC bildende Einheitszelle strömt und die Brennstoffzelle FC vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
Das vorstehende Bestimmungsverfahren dieser Ausführungsform kann zudem zum Bestimmen verwendet werden, ob die Zirkulation des Brenngaszuführsystems FSS zulässig ist oder nicht, oder zum Bestimmen, ob die Zirkulation des Kühlsystems CS zulässig ist oder nicht. 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Anwendung des vorstehenden Verfahrens zur Bestimmung darstellt, ob die Zirkulation in dem Brenngaszuführsystem FSS zulässig ist oder nicht, und 6 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Anwendung des vorstehenden Verfahrens zur Bestimmung darstellt, ob die Zirkulation in dem Kühlsystem CS zulässig ist oder nicht.
Bezug nehmend auf 5 wird der Ablauf zum Bestimmen, ob die Zirkulation in dem Brenngaszuführsystem FSS zulässig ist oder nicht, beschrieben. In Schritt S11 wird die Temperatur der Brennstoffzelle FC erfasst. Diese Erfassung der Brennstoffzellen-FC-Temperatur wird durch einen in der Brennstoffzelle FC vorgesehenen Temperatursensor (nicht gezeigt in den Figuren) ausgeführt, und die erfasste Temperatur wird an die Steuerung EC ausgegeben.
Im Anschluss zu Schritt S11 wird in Schritt S12 ein wirksamer Katalysatorbereich der Brennstoffzelle FC mittels einer Stromspitze bei der Brennstoffzelle FC für einen kurzen Zeitabschnitt berechnet. Das Verfahren zum Berechnen des wirksamen Katalysatorbereichs ist das gleiche wie vorstehend erläutert, deshalb wird hier auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet.
Im Anschluss zu Schritt S12 wird in Schritt S13 beurteilt, ob die in Schritt S11 erfasste Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0° liegt und der in Schritt S12 berechnete wirksame Katalysatorbereich unter einem vorbestimmten Wert liegt. Falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur unter 0° liegt und der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt S14 fort; und falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur gleich oder größer als 0° ist, und falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S17 fort.
In Schritt S14 wird bestimmt, ob der in Schritt S12 berechnete wirksame Katalysatorbereich unter einem zweiten vorbestimmten Wert liegt. Der zweite vorbestimmte Wert ist kleiner als der in Schritt S13 verwendete vorbestimmte Wert. Falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt S15 fort, und falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der zweite vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S16 fort.
In Schritt S15 wird die Kreislaufpumpe FS5 gestoppt, um die Zirkulation in dem Brenngaszuführsystem FSS, das ein Anodenkreislaufsystem ist, zu verhindern. Falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, wird angenommen bzw. vorgeschlagen, dass in dem Gasströmungswerg der Brennstoffzelle FC ein Verstopfen weiter anhält, so dass die Kreislaufpumpe FS5 gestoppt wird, um die Strömung des Wassers zu verhindern, um dadurch ein weiteres Verstopfen in dem Gasströmungsweg zu verhindern. Wenn die Zirkulation in dem Brenngaszuführsystem FSS verhindert wird, wäre eine Abnahme der Wasserstoffkonzentration ein Anlass zu Besorgnis; jedoch kann, da das Brennstoffzellensystem für einen kurzen Zeitabschnitt in dem raschen Aufwärmbetrieb ist, der Betrieb ohne kritische Probleme durch Zunahme des Drucks des aus der Brenngaszuführquelle FS1 zugeführten Brenngases ausgeführt werden.
In Schritt S16 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC fortgesetzt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0° liegt und der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, was bedeutet, dass der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC verstopft ist, und somit die Brennstoffzelle FC nicht vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
In Schritt S17 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC gestoppt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur gleich oder größer als 0° ist und der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, was bedeutet, dass kein Verstopfen in dem Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC auftritt, und somit das Brenngas durch jede die Brennstoffzelle FC bildende Einheitszelle FC strömt, und die Brennstoffzelle FC vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
Bezug nehmend auf 6 wird der Ablauf zum Bestimmen, ob die Zirkulation in dem Kühlsystem CS zugelassen ist oder nicht, beschrieben. In Schritt S21 wird die Temperatur der Brennstoffzelle FC erfasst. Diese Erfassung der Brennstoffzellen-FC-Temperatur wird durch einen in der Brennstoffzelle FC vorgesehenen Temperatursensor (nicht in den Figuren gezeigt) ausgeführt und die erfasste Temperatur wird zur Steuerung EC ausgegeben.
Im Anschluss zu Schritt S21 wird in Schritt S22 der wirksame Katalysatorbereich der Brennstoffzelle FC mittels einer Stromspitze der Brennstoffzelle FC für einen kurzen Zeitabschnitt berechnet. Das Verfahren zum Berechnen des wirksamen Katalysatorbereichs ist das gleiche wie vorstehend erläutert, so dass hier auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird.
Im Anschluss zu Schritt S22 wird in Schritt S23 beurteilt, ob die in Schritt S21 erfasste Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0° liegt und der in Schritt S22 berechnete wirksame Katalysatorbereich unter einem vorbestimmten Wert liegt. Falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur unter 0° liegt, und falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt S24 fort; und falls die Brennstoffzelle FC bei einer Temperatur gleich oder größer als 0° ist, und falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S27 fort.
In Schritt S24 wird bestimmt, ob der in Schritt S22 berechnete wirksame Katalysatorbereich unter einem vorbestimmten Wert liegt. Der zweite vorbestimmte Wert ist kleiner als der in Schritt S23 verwendete vorbestimmte Wert. Falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt S25 fort, und falls der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der zweite vorbestimmte Wert ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S26 fort.
In Schritt S25 wird die Kühlmittelpumpe CS2 gestoppt, um die Zirkulation des Kühlsystems CS zu verhindern. Falls der wirksame Katalysatorbereich unter dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, wird vorgeschlagen bzw. angenommen, dass in dem Gasströmungsweg der Brennstoffzelle ein Verstopfen weiter anhält, so dass die Kühlmittelpumpe CS2 gestoppt wird, um eine Wärmekapazität zu verringern, um dadurch dem Aufwärmen Priorität einzuräumen. Wenn die Zirkulation des Kühlsystems CS verhindert wird, wäre eine lokale Zunahme der Temperatur ein Anlass zur Besorgnis; da jedoch angenommen wird, dass die Reaktion innerhalb des Katalysators in dem Fall nicht weiter voranschreitet, bei dem der wirksame Katalysatorbereich unter dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, wird dem Aufwärmen vorzugsweise Priorität eingeräumt wird.
In Schritt S26 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC fortgesetzt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur unter 0° liegt und der wirksame Katalysatorbereich unter dem vorbestimmten Wert liegt, was bedeutet, dass der Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC verstopft ist, und somit die Brennstoffzelle FC nicht vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
In Schritt S27 wird der rasche Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle FC gestoppt. Dies liegt daran, dass die Brennstoffzellen-FC-Temperatur gleich oder größer als 0° ist, und der wirksame Katalysatorbereich gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, was bedeutet, dass kein Verstopfen in dem Gasströmungsweg der Brennstoffzelle FC auftritt und somit das Brenngas durch jede die Brennstoffzelle FC bildende Einheitszelle strömt, und die Brennstoffzelle FC vorbereitet ist, um eine normale Leistungserzeugung auszuführen.
Bezugszeichenliste

FCS: Brennstoffzellensystem
FC: Brennstoffzelle
ASS: Oxidationsgaszuführsystem
AS1: Filter
AS2: Luftkompressor
AS3: Oxidationsgasströmungsweg
AS4: Oxidationsabgasströmungsweg
AS5: Befeuchter
A3: Gegendruckregelventil
CS: Kühlsystem
CS1: Kühler
CS2: Kühlmittelpumpe
CS3: Kühlmittelzuflussweg
CS4: Kühlmittelabflussweg
FSS: Brenngaszuführsystem
FS1: Brenngaszuführquelle
FS2: Injektor
FS3: Brenngasströmungsweg
FS4: Kreislaufströmungsweg
FS5: Kreislaufpumpe
FS6: Abgas-/Ablassströmungsweg
H1: Sperrventil
H2: Regler
H3: Sperrventil
H4: Sperrventil
H5: Abgas-/Ablassventil
ES: elektrisches Leistungssystem
ES1: DC/DC-Wandler
ES2: Batterie
ES3: Antriebsinverter
ES4: Antriebsmotor
ES5: Zusatzvorrichtungen
EC: Steuerung
S1: Spannungssensor
S2: Stromsensor
S3: SOC-Sensor
S4: Drucksensor
S5: Wassertemperatursensor
ACC: Beschleunigungs-Öffnungsgradsignal
IG: Zündsignal
VC: Fahrzeuggeschwindigkeitssignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004-30979 [0007]
JP 2008-198439 [0007]

Claims

Brennstoffzellensystem, welches einen Aufwärmbetrieb durch Verringern einer Menge eines einer Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases ausführt, wobei das System aufweist: eine Brennstoffzelle, und eine Steuereinheit, welche der Brennstoffzelle zugeführte Mengen von Oxidationsgas und Brenngas regelt und einen Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle steuert, wobei, während des Aufwärmbetriebs mit einer verringerten Zufuhr von Oxidationsgas zu der Brennstoffzelle, die Steuereinheit eine Spannung der Brennstoffzelle für einen kurzen Zeitraum verändert, um Strom-Spannungs-Kennlinien zu erhalten, welche eine Beziehung einer Ausgangsspannung und eines Ausgangsstroms der Brennstoffzelle zeigen, und wobei die Steuereinheit basierend auf den erhaltenen Strom-Spannungs-Kennlinien einen wirksamen Katalysatorbereich der Brennstoffzelle berechnet und basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob der Aufwärmbetrieb der Brennstoffzelle gestoppt werden kann oder nicht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob eine Zirkulation in einem Anodenkreislaufsystem zulässig ist oder nicht, wobei das Anodenkreislaufsystem ein System zum Zuführen von Brenngas zu der Brennstoffzelle auf zirkulierende Weise ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit basierend auf dem berechneten wirksamen Katalysatorbereich bestimmt, ob eine Zirkulation in einem Kühlsystem der Brennstoffzelle zulässig ist oder nicht.