DE112009005042T5

DE112009005042T5 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE112009005042T5
Application number: DE112009005042T
Authority: DE
Inventors: Keigo Suematsu; Yoshiaki Naganuma; Tomotaka Ishikawa; Hiroyuki Katsuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US9425473B2; CN102640342A; CN102640342B; JP6017785B2; JPWO2011004485A1; US20120100445A1; WO2011004485A1

Abstract

Die Erfindung ist vorgesehen, um generierte Spannung, die aufgrund eines Anschwemmens von Wasser in einem Brennstoffzellenstapel abgenommen hat, zuverlässig wiederherzustellen. Ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, welches einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsglas generiert, wobei, wenn eine generierte Spannung des Brennstoffzellensystems abnimmt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, so dass eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel basierend auf einer charakteristischen Kurve des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels und dem Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels abnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.
Hintergrundtechnik
Zum Beispiel umfasst ein Brennstoffzellensystem, welches in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, als Antriebsquelle montiert ist, eine Brennstoffzelle, welche Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsgas generiert. Die Brennstoffzelle hat eine gestapelte Struktur bzw. Stapelstruktur, in welcher eine Mehrzahl von Zellen laminiert ist.
Während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems dringt zum Beispiel eine Menge von Wasser, welches bei einer elektrochemischen Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel produziert wird, in eine Zelle ein. Wenn der Wasseranteil in einer Zelle allzu sehr zunimmt und die Zelle durch Wasser verstopft wird, können Fälle auftreten, in denen es Gas unmöglich ist, durch die Zelle zu gelangen und eine Gaszuführung, von Stöchiometrie abweicht, was zu einem Abnehmen der generierten Spannung führt.
Deshalb wird ein Anschwemmen von Wasser in der Zelle eines Brennstoffzellenstapels überwacht und das erkannte Wasser in der Zelle durch Erhöhen eines Spülvolumens entsorgt (siehe Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Offenlegungsschrift JP-A-2002-260704
Patentdokument 2: Offenlegungsschrift JP-A-2005-63712
Patentdokument 3: Offenlegungsschrift JP-A-2007-184136
Patentdokument 4: Offenlegungsschrift JP-A-2003-217624
Jedoch können Fälle auftreten, in denen das einfache Erhöhen des Spülvolumens wie oben beschrieben generierte Spannung nicht wiederherstellt. Dieses ist denkbarer Weise auf den Fakt zurückzuführen, dass Spülen und Reduzieren des Wassergehalts in einer größeren Schwankung im Zelldruckverlust über Zellen in einem Brennstoffzellenstapel resultiert, in welchem Fall Gas nicht ausreichend zur Zelle mit einem größten relativen Druckverlust zugeführt wird und Elektrizität nicht effektiv generiert wird.
Kurzfassung
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des Obigen gemacht und eine Aufgabe derselben ist es, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems zu schaffen, welches dazu geeignet ist, generierte Spannung zuverlässig wiederherzustellen, welche aufgrund eines Anschwemmens von Wasser in einem Brennstoffzellenstapel abgenommen hat.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem, welches einen Brennstoffzellenstapel aufweist, welcher Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsgas generiert, wobei das Brennstoffzellensystem ein Zellwassergehalt-Einstellmittel zum Einstellen eines Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels aufweist, wenn eine generierte Spannung des Brennstoffzellenstabes abnimmt, so dass eine Schwankung im Zelldruckverlust in dem Brennstoffzellenstapel basierend auf einer charakteristischen Kurve des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels und dem Zellendruckverlust des Brennstoffzellenstapels abnimmt. Darüber hinaus ist ein Abnehmen der generierten Spannung des Brennstoffzellenstapels nicht auf ein Abnehmen einer generierten Spannung des gesamten Brennstoffzellenstapels beschränkt sondern schließt auch ein Abnehmen einer generierten Spannung von jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapel ein.
Nach der vorliegenden Erfindung kann Gas in einer geeigneten Menge einer Gaszufuhr-Stöchiometrie zu allen Zellen des Brennstoffzellenstapels zugeführt werden, da eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel reduziert werden kann, und in Folge dessen die generierte Spannung zuverlässig wiederhergestellt werden kann.
In einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat zunimmt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, im welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zunimmt, einschließt, kann das Zellwassergehalt-Einstellmittel den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellen, dass dieser vermindert wird, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels reduziert werden, um einen Zelldruckverlust jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapel in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen. Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
In einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, kann das Zellwassergehalt-Einstellmittel den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellen, dass dieser erhöht wird, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels angehoben werden, um den Zelldruckverlust jeder Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen. Folglich kann eine Schwankung in dem Zelldruckverlust in dem Brennstoffzellenstapel reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
In einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat ansteigt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels ansteigt, und einen Übergang von dem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, kann das Zellwassergehalt-Einstellmittel, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellen, dass dieser vermindert wird, falls ein mittlerer Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem stabilen Abschnitt oder dem steil ansteigenden Abschnitt ist, und kann den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellen, dass dieser erhöht wird, falls der mittlere Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem steil abfallenden Abschnitt ist. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels reduziert oder angehoben werden, um den Zelldruckverlust von jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapels in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen. Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
In dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem kann das Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zumindest durch ein Einstellen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels, ein Einstellen des Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels und/oder ein Einstellen einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nach einem anderen Aspekt ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, welches einen Brennstoffzellenstapel aufweist, welcher Elektrizität durch elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsgas generiert, wobei das Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems umfasst: wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, Einstellen eines Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels, so dass eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel abnimmt, basierend auf einer charakteristischen Kurve des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels und des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels.
Nach der vorliegenden Erfindung kann, da eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapels reduziert ist, Gas in einer geeigneten Menge einer Gaszufuhr-Stöchiometrie zu allen Zellen des Brennstoffzellenstapels zugeführt werden und in Folge dessen kann generierte Spannung zuverlässig wiederhergestellt werden.
In dem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das oben beschrieben ist, kann in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat ansteigt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels relativ steil ansteigt, einschließt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt werden, um abzunehmen, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels reduziert werden, um den Zelldruckverlust jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapel in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen. Folglich kann eine Schwankung in dem Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
In dem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das oben beschrieben ist, kann in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt werden, um anzusteigen, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels angehoben werden, um den Zelldruckverlust von jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapel in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen, Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
In dem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das oben beschrieben ist, kann in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat zunimmt, zu einem steil zunehmenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zunimmt, und einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt werden, um abzunehmen, falls ein mittlerer Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem stabilen Abschnitt oder dem steil ansteigenden Abschnitt ist, und kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt werden, um anzusteigen, falls der mittlere Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem steil abfallenden Abschnitt ist. In einem solchen Fall kann der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels reduziert oder angehoben werden, um den Zellendruckverlust jeder Zelle in dem Brennstoffzellenstapel in den stabilen Abschnitt wiederherzustellen. Folglich kann eine Schwankung des Zellendruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel reduziert werden und generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
Das Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels kann zumindest durch ein Einstellen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels, ein Einstellen des Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels und/oder ein Einstellen einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels durchgeführt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung kann die generierte Spannung zuverlässig wiederhergestellt werden, wenn generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels aufgrund eines Anschwemmens von Wasser in dem Brennstoffzellenstapel abnimmt.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Abriss einer Konfiguration eines Brennstoffzellensystems zeigt;
2 ist ein erläuterndes Diagramm eines Längsquerschnittsabschnitts, welches eine Konfiguration einer Zelle eines Brennstoffzellenstapels zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung;
4 ist ein Graph, welcher eine charakteristische Kurve eines Musters 1 zeigt;
5 ist ein Graph, welcher eine charakteristische Kurve eines Musters 2 zeigt;
6 ist ein Graph, welcher eine charakteristische Kurve eines Musters 3 zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fall der charakteristischen Kurve des Musters 1;
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems im Fall einer charakteristischen Kurve des Musters 2;
9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems im Falle einer charakteristischen Kurve des Musters 3; und
10 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung, die eine Computereinheit umfasst.
Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Abriss einer Konfiguration eines Brennstoffzellenstapels 100 zeigt, an welchem ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
Zum Beispiel umfasst das Brennstoffzellensystem 100 einen Brennstoffzellenstapel 200, ein Luftleitungssystem 300, ein Wasserstoffleitungssystem 400, ein Kühlmittelleitungssystem 500 und eine Steuerung 600. Das Brennstoffzellensystem 100 kann an unterschiedlichen mobilen Objekten, wie beispielsweise einem Fahrzeug, einem Schiff, einem Flugzeug und einem Roboter, montiert sein, und kann auch auf eine stationäre Leistungs- bzw. Energiequelle angewendet werden. Vorliegend wird eine Beispiel für ein Brennstoffzellensystem 100, welches in einem Automobil montiert ist, beschrieben.
Der Brennstoffzellenstapel 200 hat eine gestapelte Struktur, in welcher eine Mehrzahl von Polymerelektrolytzellen 10 laminiert ist. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Zelle 10 ein MEA 20 und ein Paar von Separatoren 22A und 22B. Die MEA 20 (Membran-Elektroden-Anordnung) umfasst eine Elektrolytmembran 23, welche aus einer Ionen tauschenden Membran hergestellt ist, und eine Anodenelektrode 24A und eine Katodenelektrode 24B, welche die Elektrolytmembran 23 sandwichartig umschließen. Ein Wasserstoff-Strömungskanal 25A des Separators 22A ist der Elektrode 24A zugewandt und ein Luft-Strömungskanal 25B des Separators 22B ist der Elektrode 24B zugewandt. Zusätzlich verlaufen Kühlmittelkanäle 26A und 26B der Separatoren 22A und 22B zwischen einzelnen benachbarten Zellen 10. Darüber hinaus wird eine Menge von Wasser, die in der Zelle 10 enthalten ist, als ein Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 angesehen. Zusätzlich ist der Brennstoffzellenstapel 200, wie in 1 dargestellt, mit einem Voltmeter 25 versehen, welches zum Messen einer generierten Spannung jeder Zelle des Brennstoffzellenstapels 200 geeignet ist.
Das Luftleitungssystem 300 liefert Luft als ein Oxidationsgas zu und entsorgt Luft von dem Brennstoffzellenstapel 200 und umfasst einen Befeuchter 30, einen Zuführ-Strömungskanal 31, einen Auslass-Strömungskanal 32 und einen Kompressor 33. Umgebungsluft (Luft in einem niedrigen Feuchtigkeitsstadium) wird von dem Kompressor 33 angesaugt und unter Druck dem Befeuchter 30 zugeführt. Feuchtigkeitsaustausch zwischen der Luft und einem Oxidationsabgas in einem hohen Feuchtigkeitsstadium wird bei dem Befeuchter 30 durchgeführt. Als ein Ergebnis wird moderat befeuchtete Luft von dem Zuführ-Strömungskanal 31 dem Brennstoffzellenstapel 200 zugeführt. Ein Gegendruck- bzw. Staudruckventil 34 zum Einstellen eines Luftgegendrucks des Brennstoffzellenstapels 200 ist in dem Auslass-Strömungskanal 32 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Drucksensor P1, welcher einen Luftgegendruck erfasst, in der Nähe des Staudrucksventils 34 vorgesehen. Ein Strömungsgeschwindigkeitssensor F1, welcher eine Strömungsgeschwindigkeit der zu dem Brennstoffzellenstapel 200 zugeführten Luft erfasst, ist an dem Kompressor 33 vorgesehen.
Das Wasserstoff-Leitungssystem 400 liefert Wasserstoffgas als ein Brennstoffgas zu und entsorgt Wasserstoffgas von dem Brennstoffzellenstapel 200 und umfasst eine Wasserstoffzuführquelle 40, einen Zuführ-Strömungskanal 41, einen Zirkulations-Strömungskanal 42, ein Sperrventil 43, einen Regler 44, eine Düse 45 und dergleichen. Das Wasserstoffgas von der Wasserstoff-Zuführquelle 40 wird durch den Regler 44 entspannt und dann einer hochpräzisen Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit und des Drucks durch einen Injektor 45 unterworfen. Anschließend trifft das Wasserstoffgas mit einem Wasserstoffabgas, das von einer Wasserstoffpumpe 46 als Gaszirkulationseinrichtung im Zirkulations-Strömungskanal 42 unter Druck geführt wird, an einem Zusammenfluss A zusammen, um dem Brennstoffzellenstapel 200 zugeführt zu werden. Ein Spülkanal 47, der ein Spülventil 48 einschließt, zweigt ab von und ist verbunden mit dem Zirkulations-Strömungskanal 42. Durch Öffnen des Spülventils 48 wird ein Wasserstoffabgas zu dem Ablass-Strömungskanal 32 abgelassen. Ein Drucksensor P2, welcher einen Zuführdruck von Wasserstoffgas zu dem Brennstoffzellenstapel 200 erfasst, ist stromabwärts von dem Zusammenfluss A des Zuführ-Strömungskanals 41 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Strömungsgeschwindigkeitssensor F2 an der Wasserstoffpumpe 46 vorgesehen. Darüber hinaus kann in anderen Ausführungsformen ein Brennstoffabgas in einen Wasserstoff-Verdünner oder dergleichen eingeführt werden, oder ein Gas-Flüssigkeit-Separator kann in dem Zirkulations-Strömungskanal 42 vorgesehen sein.
Das Kühlmittel-Leitungssystem 500 zirkuliert und liefert ein Kühlmittel (zum Beispiel Kühlwasser) zu dem Brennstoffzellenstapel 200 und umfasst eine Kühlpumpe 50, einen Kühlmittel-Strömungskanal 51, einen Radiator 52, einen Bypass-Strömungskanal 53 und ein Umschaltventil 54. Die Kühlpumpe 50 führt ein Kühlmittel in dem Kühlmittel-Strömungskanal 51 unter Druck in den Brennstoffzellenstapel 200 zu. Der Kühlmittel-Strömungskanal 51 umfasst einen Temperatursensor T1, welcher an einem Kühlmittel-Einlass des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, und einen Temperatursensor T2, welcher an einem Kühlmittel-Auslass des Brennstoffzellenstapels 200 angeordnet ist. Der Radiator 52 kühlt ein Kühlmittel, welches von dem Brennstoffzellenstapel 200 abgelassen wird. Das Umschaltventil 54 umfasst einen Drehschieber oder dergleichen und schaltet, falls erforderlich, eine Leitung des Kühlmittels zwischen dem Radiator 52 und dem Bypass-Strömungskanal 53 um.
Die Steuerung 600 ist als ein Mikrocomputer konfiguriert, der integral eine CPU, ein ROM und ein RAM umfasst. Informationen, die durch die Sensoren (P1, P2, F1, F2, T1 und T2) erfasst werden, welche Druck, eine Temperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit und dergleichen von Flüssigkeiten, welche durch die jeweiligen Leitungssysteme 300, 400 und 500 fließen, erfassen, werden in die Steuerung 600 eingegeben. Darüber hinaus werden, zusätzlich zu Informationen, die durch das Voltmeter 25 erfasst werden, welches eine generierte Spannung jeder Zelle des Brennstoffzellenstapels 200 misst, Informationen, die durch einen Umgebungstemperatursensor 60, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 61, einen Beschleunigungs-Öffnungssensor und dergleichen erfasst werden, in die Steuerung 600 eingegeben. In Übereinstimmung mit den erfassten Informationen und dergleichen steuert die Steuerung 600 die verschiedenen Einrichtungen (den Kompressor 33, das Sperrventil 43, der Injektor 45, die Wasserstoffpumpe 46, das Spülventil 48, die Kühlpumpe 50, das Umschaltventil 54 und dergleichen) in dem Brennstoffzellensystem 100, und steuert integral Operationen des Brennstoffzellensystems 100. Zusätzlich liest die Steuerung 600 verschiedene Typen von erfassten Informationen und stellt einen Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 unter Verwendung von Informationen auf einer charakteristischen Kurve P (wird nachfolgend beschrieben), die in dem ROM gespeichert ist, ein.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Steuerung 600 eine Speichereinheit 65, eine Erfassungseinheit 66, eine Entscheidungseinheit 67 und eine Betriebssteuereinheit 68 als Funktionsblocks für ein Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200. Die Speichereinheit 65 speichert verschiedene Programme zum Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 und Informationen auf der charakteristischen Kurve P. Die Erfassungseinheit 66 liest Informationen, die durch die verschiedenen Sensoren (P1, P2, F1, F2, T1, T2, 25, 60 und 61) und dergleichen erfasst werden. Die Entscheidungseinheit 67 entscheidet zum Beispiel, ob eine minimale zellgenerierte Spannung der Zelle 10 des Brennstoffzellenstapels 200 unter einen vorbestimmten Schwellwert gefallen ist oder nicht. Basierend auf dem Entscheidungsergebnis durch die Entscheidungseinheit 67 überträgt die Betriebssteuereinheit 68 einen Steuerbefehl zu jeder Einrichtung und steuert Operationen, so dass der Brennstoffzellenstapel 200 einen gewünschten Wassergehalt erreicht.
Basierend auf einer Entscheidung, die durch die Entscheidungseinheit 67 getroffen wird, stellt die Betriebssteuereinheit 6S einen Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 unter Verwendung von Informationen auf der charakteristischen Kurve P, die in der Speichereinheit 65 gespeichert ist, ein. Insbesondere wird ein Zellwassergehalt eingestellt durch: ein Einstellen des Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels 200, durchgeführt durch Einstellen einer Menge von Abgas, welches durch die Wasserstoffpumpe 46, die in 1 gezeigt ist, zugeführt wird, Einstellen einer Menge von Wasserstoffgas, welches durch die Injektor 45 zugeführt wird, Einstellen einer Menge von Luft, welche durch den Kompressor 33 zugeführt wird oder dergleichen; ein Einstellen von Gasgegendruck des Brennstoffzellenstapels 200, durchgeführt durch Einstellen des Gegendrucksventils 34 oder dergleichen; ein Einstellen der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 durch Steuern einer Kühlmittel-Temperatur des Kühlmittel-Leitungssystems 500 und dergleichen. Darüber hinaus umfasst in der vorliegenden Ausführungsform das Zellwassergehalt-Einstellmittel zumindest die Wasserstoffpumpe 46, den Injektor 45, den Kompressor 33, das Gegendrucksventil 34, das Kühlmittel-Leitungssystem 500, und/oder die Steuerung 600.
Nun wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 100, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, gegeben.
Während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 können Fälle auftreten, in denen sich Wasser, das durch eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoffgas und der Luft produziert wird, stark in der Zelle 10 des Brennstoffzellenstapels 200 ansammelt, und, wenn ein Anschwemmen von Wasser auftritt, weicht eine Gaszuführung von einer Stöchiometrie ab und verursacht ein Abnehmen generierter Spannung.
In dem Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 100 nach der vorliegenden Ausführungsform wird die generierte Spannung durch Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 wiederhergestellt, wenn eine generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels 200 abnimmt, so dass eine Schwankung in dem Zelldruckverlust in dem Brennstoffzellenstapel 200 basierend auf einer charakteristischen Kurve P des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 und des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels 200 abnimmt. In diesem Fall bezieht sich der Zelldruckverlust auf einen Druckverlust bezüglich des jeder Zelle zugeführten Gases.
Die charakteristische Kurve P hat drei Muster. Wie in 4 dargestellt, repräsentiert ein Muster P1 der charakteristischen Kurve P einen Übergang von einem stabilen Abschnitt R1, in welchem ein Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ moderat ansteigt, zu einem stark ansteigenden Abschnitt R2, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ steil im Verhältnis zu einem Anstieg des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 ansteigt. Wie in 5 gezeigt, repräsentiert ein Muster P2 der charakteristischen Kurve P einen Übergang von einem stabilen Abschnitt K1, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapel 200 relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt K2, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 abnimmt. Wie in 6 gezeigt, repräsentiert ein Muster P3 der charakteristischen Kurve P einen Übergang von dem stabilen Abschnitt J1, in welchem ein Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ moderat ansteigt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt J2, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 ansteigt, und einen Übergang von einem stabilen Abschnitt J1, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt J3, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 abnimmt. Informationen über die charakteristischen Kuren P werden im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen erhalten und in der Speichereinheit 65 gespeichert.
Nachfolgend wird eigens ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 100 unter Bezugnahme auf die jeweiligen Muster P1, P2 und P3 der charakteristischen Kurve P beschrieben.
Als erstes wird ein Fall des Musters P1 beschrieben. Ein Flussdiagramm dieses Falls ist in 7 gezeigt. Zum Beispiel wird eine minimale Zellspannung, die durch den Brennstoffzellenstapel 200 generiert wird, durch das Voltmeter 25 überwacht und, wenn die minimale Zellspannung unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt, wird ein Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 reduziert. Eine Reduktion des Zellwassergehalts wird durchgeführt durch, zum Beispiel, Erhöhen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels 200, Reduzieren eines Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels 200, Anheben einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 und dergleichen. Folglich nimmt zum Beispiel, wie in 4 gezeigt, da ein mittlerer Zellwassergehalt Ha (ein mittlerer Wassergehalt aller Zellen 10) und ein maximaler Zellwassergehalt Hm (ein maximaler Wassergehalt aller Zellen 10) des Brennstoffzellenstapels 200 einen Übergang von einem steil ansteigenden Abschnitt R2 zu einem stabilen Abschnitt R1 ausführt, eine Schwankung des Zelldruckverlusts ab. Mit anderen Worten wird zum Beispiel eine Differenz ΔD zwischen einem mittleren Zelldruckverlust Da (einem mittleren Druckverlust aller Zellen 10) und einem maximalen Zelldruckverlust Dm (einem maximalen Druckverlust über alle Zellen 10) reduziert. Da eine Gaszuführ-Stöchiometrie des Brennstoffzellenstapels 200 von einem mittleren Zelldruckverlust Da und einem maximalen Zelldruckverlust Dm ermittelt wird, ermöglicht ein Abnehmen in der Differenz ΔD, dass eine geeignete Menge von Gas allen Zellen 10 stabil zugeführt wird.
Nachfolgend wird ein Fall des Musters P2 beschrieben. Ein Flussdiagramm für diesen Fall ist in 8 gezeigt. Zum Beispiel wird eine minimale Zellspannung, die durch den Brennstoffzellenstapel 200 generiert wird, durch das Voltmeter 25 überwacht und, wenn die minimale Zellspannung unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt, ein Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapel 200 erhöht. Ein Erhöhen des Zellwassergehalts wird erreicht durch, zum Beispiel, Erhöhen eines Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapel 200, Senken einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 und dergleichen. Folglich nimmt zum Beispiel, wie in der 5 gezeigt, da ein mittlerer Zellwassergehalt Ha und ein maximaler Zellwassergehalt Hm des Brennstoffzellenstapel 200 einen Übergang von einem steil abfallenden Abschnitt K2 zu einem stabilen Abschnitt K1 ausführt, eine Schwankung im Zelldruckverlust ab. Mit anderen Worten wird zum Beispiel eine Differenz ΔD zwischen einem mittleren Zelldruckverlust Da und einem minimalen Zelldruckverlust Dm reduziert. Wie bereits früher beschrieben, ermöglicht da eine Gaszufuhr-Stöchiometrie aus dem mittleren Zelldruckverlust Da und einem maximalen Zelldruckverlust Dm ermittelt wird, ein Abnehmen in der Differenz ΔD, dass eine geeignete Menge von Gas allen Zellen 10 stabil zugeführt wird.
Nun wird der Fall eines Musters P3 beschrieben. Ein Flussdiagramm für diesen Fall ist in 9 gezeigt. Als erstes wird ein mittlerer Zellwassergehalt Ha berechnet. Die Berechnung des mittleren Zellwassergehalt Ha wird durchgeführt durch, zum Beispiel, die Berechnungseinheit 70, die in der Steuerung 600, wie in 10 gezeigt, vorgesehen ist. Der mittlere Zellwassergehalt Ha wird durch Messen eines Gleichstromwiderstandes des gesamten Brennstoffzellenstapels 200 und von einem Widerstandswert desselben, oder durch Berechnen einer Wasserbilanz des Brennstoffzellenstapels 200 von einer Menge generierten Wassers des Brennstoffzellenstapels 200, die von einer Gaszufuhr oder einer Menge an Wasserdampf eines Kathodenabgases erhalten wird, erhalten.
Zusätzlich wird, wenn eine minimale Zellspannung, die durch den Brennstoffzellenstapels 200 generiert wird, durch das Voltmeter 25 erkannt wird und die minimale Zellspannung unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt, eine Entscheidung getroffen, ob sich der mittlere Zellwassergehalt Ha in dem stabilen Abschnitt J1, in dem steil ansteigenden Abschnitt J2 oder in dem steil abfallenden Abschnitt J3, die in 6 gezeigt sind, befindet. Die Entscheidung wird basierend darauf durchgeführt, ob ein mittlerer Zellwassergehalt Ha höher als ein Grenzwert des stabilen Abschnitts J1 und des steil abfallenden Abschnitts J3 auf der charakteristischen Kurve P3 ist.
Nun wird, wenn der mittlere Zellwassergehalt Ha gleich dem Schwellwert ist oder ihn überschreitet und in dem stabilen Abschnitt J1 oder dem steil ansteigenden Abschnitt 72 wie in 9 gezeigt ist, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 reduziert. Ein Reduzieren des Zellwassergehalts wird durchgeführt durch, zum Beispiel, Erhöhen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels 200, Reduzieren eines Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels 200, Anheben einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 und dergleichen. Folglich nimmt zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, da der mittlere Zellwassergehalt Ha und der maximale Zellwassergehalt Hm des Brennstoffzellenstapels 200 einen Übergang von einem steil ansteigenden Abschnitt J2 zu einem stabilen Abschnitt J1 machen, eine Schwankung im Zelldruckverlust ab. Mit anderen Worten nimmt zum Beispiel eine Differenz ΔD zwischen einem mittleren Zelldruckverlust Da und einem maximalen Zelldruckverlust Dm ab. Wie früher beschrieben, ermöglicht da eine Gaszuführ-Stöchiometrie aus dem mittleren Zelldruckverlust Da und dem maximalen Zelldruckverlust Dm ermittelt wird, ein Abnehmen der Differenz ΔD, dass eine geeignete Menge von Gas allen Zellen 10 stabil zugeführt wird.
Zusätzlich wird, wenn der mittlere Zellwassergehalt Ha kleiner als der Schwellwert und in dem steil abfallenden Abschnitt J3, wie in 9 gezeigt, ist, der Zellwassergehalt in dem Brennstoffzellenstapel 200 erhöht. Ein Erhöhen des Zellwassergehalts wird erreicht durch, zum Beispiel, Erhöhen eines Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels 200, Senken einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 und dergleichen. Folglich nimmt, wie zum Beispiel in 6 gezeigt, da ein mittlerer Zellwassergehalt Ha und ein maximaler Zellwassergehalt Hm des Brennstoffzellenstapels 200 einen Übergang von einem steil abfallenden Abschnitt J3 zu einem stabilen Abschnitt J1 machen, eine Schwankung des Zelldruckverlusts ab. Mit anderen Worten wird zum Beispiel eine Differenz ΔD zwischen einem mittleren Zelldruckverlust Da und einem maximalen Zelldruckverlust Dm reduziert. Wie früher beschrieben, ermöglicht da eine Gaszufuhr-Stöchiometrie von dem mittleren Zelldruckverlust Da und dem maximalen Zelldruckverlust Dm ermittelt wird, ein Abnehmen in der Differenz ΔD, dass eine geeignete Menge von Gas allen Zellen 10 stabil zugeführt wird.
Nach der oben beschriebenen Ausführungsform kann, da der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 basierend auf einer charakteristischen Kurve P des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 und dem Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 eingestellt wird und eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel 200 reduziert wird, Gas in einer geeigneten Menge einer Gaszufuhr-Stöchiometrie zu allen Zellen 10 in dem Brennstoffzellenstapel 200 zugeführt werden, und in Folge dessen kann die generierte Spannung zuverlässig wiederhergestellt werden.
Zusätzlich kann in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve P das Muster P1 ist, da ein Einstellen ausgeführt wird, um den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 zu reduzieren, der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 in den stabilen Abschnitt R1 wiederhergestellt werden. Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels 200 reduziert werden und eine generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
Weiterhin kann in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve P das Muster P2 ist, ein Einstellen ausgeführt werden, um den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 zu erhöhen, und der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 kann in den stabilen Abschnitt K1 wiederhergestellt werden. Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel 200 reduziert werden und die generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
Darüber hinaus wird, in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve P das Muster P3 ist, eine Entscheidung getroffen, ob der mittlere Zellwassergehalt Ha des Brennstoffzellenstapels 200 in dem stabilen Abschnitt J1, dem steil ansteigenden Abschnitt J2 oder dem steil abfallenden Abschnitt J3 ist, und, abhängig von der Entscheidung, wird der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels 200 reduziert oder erhöht und der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels 200 kann in den stabilen Abschnitt J1 wiederhergestellt werden. Folglich kann eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel 200 reduziert werden und die generierte Spannung kann wiederhergestellt werden.
Da das Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels 200 zumindest durch ein Einstellen der Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels 200, ein Einstellen des Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels 200 und ein Einstellen der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 200 ausgeführt wird, kann der Zellwassergehalt in einer einfachen und geeigneten Weise eingestellt werden.
Während eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie Sie nachfolgend beansprucht wird, gemacht werden können. Es ist zu verstehen, dass solche Änderungen und Modifikationen auch zu dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist zum zuverlässigen Wiederherstellen generierter Spannung, die aufgrund eines Anschwemmens von Wasser in einem Brennstoffzellenstapel abgenommen hat, brauchbar.
Bezugszeichenliste

10: Zelle
100: Brennstoffzellensystem
200: Brennstoffzellenstapel
600: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-260704 [0004]
JP 2005-63712 [0004]
JP 2007-184136 A [0004]
JP 2003-217624 A [0004]

Claims

Brennstoffzellensystem, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsgas generiert, das Brennstoffzellensystem umfasst: ein Zellwassergehalt-Einstellmittel zum Einstellen eines Zellwassergehalts des rennstoffzellenstapels, wenn eine generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, so dass eine Schwankung des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, basierend auf einer charakteristischen Kurve des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels und des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat zunimmt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, im welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zunimmt, einschließt, das Zellwassergehalt-Einstellmittel den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellt, dass dieser vermindert wird, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, das Zellwassergehalt-Einstellmittel den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellt, dass dieser erhöht wird, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat ansteigt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels ansteigt, und einen Übergang von dem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, das Zellwassergehalt-Einstellmittel, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellt, dass dieser vermindert wird, falls ein mittlerer Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem stabilen Abschnitt oder dem steil ansteigenden Abschnitt ist, und den Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels derart einstellt, dass dieser erhöht wird, falls der mittlere Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem steil abfallenden Abschnitt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zumindest durch ein Einstellen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels, ein Einstellen des Gasgegendruck des Brennstoffzellenstapels und/oder einem Einstellen einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels durchgeführt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, welches einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas umfassend Wasserstoffgas und einem Oxidationsgas generiert, das Verfahren umfasst: wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, Einstellen eines Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels, so dass eine Schwankung des Zelldruckverlusts in dem Brennstoffzellenstapel abnimmt, basierend auf einer charakteristischen Kurve des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels und des Zelldruckverlusts des Brennstoffzellenstapels.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems nach Anspruch 6, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat ansteigt, zu einem steil ansteigenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels relativ steil ansteigt, einschließt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, um abzunehmen, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems nach Anspruch 6, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, um anzusteigen, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 6, wobei in einem Fall, in dem die charakteristische Kurve einen Übergang von einem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat zunimmt, zu einem steil zunehmenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Ansteigen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zunimmt, und einen Übergang von dem stabilen Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ moderat abnimmt, zu einem steil abfallenden Abschnitt, in welchem der Zelldruckverlust des Brennstoffzellenstapels relativ steil im Verhältnis zu einem Abnehmen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels abnimmt, einschließt, wenn die generierte Spannung des Brennstoffzellenstapels abnimmt, der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, um abzunehmen, falls ein mittlerer Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem stabilen Abschnitt oder dem steil ansteigenden Abschnitt ist, und der Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird, um anzusteigen, falls der mittlere Zellwassergehalt des Brennstoffzellenstapels in dem steil abfallenden Abschnitt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Einstellen des Zellwassergehalts des Brennstoffzellenstapels zumindest durch ein Einstellen eines Spülvolumens des Brennstoffzellenstapels, ein Einstellen eines Gasgegendrucks des Brennstoffzellenstapels und ein Einstellen einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels durchgeführt wird.