DE112011101707B4 - Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem - Google Patents

Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE112011101707B4
DE112011101707B4 DE112011101707.3T DE112011101707T DE112011101707B4 DE 112011101707 B4 DE112011101707 B4 DE 112011101707B4 DE 112011101707 T DE112011101707 T DE 112011101707T DE 112011101707 B4 DE112011101707 B4 DE 112011101707B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
state
combination
water distribution
memory device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112011101707.3T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112011101707T8 (de
DE112011101707T5 (de
Inventor
Masaaki Matsusue
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE112011101707T5 publication Critical patent/DE112011101707T5/de
Publication of DE112011101707T8 publication Critical patent/DE112011101707T8/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112011101707B4 publication Critical patent/DE112011101707B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04529—Humidity; Ambient humidity; Water content of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/0485—Humidity; Water content of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Verfahren zum Steuern eines an einem Fahrzeug installierten Brennstoffzellensystems (10), aufweisend: Schätzen und Ermitteln eines Wasserverteilungszustands einer Brennstoffzelle (30); Ermitteln eines Ladezustands einer Speichereinrichtung (14); Festlegen eines favorisierten Kombinationsbereichs (96) als einen Kombinationsbereich, in welchem eine Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle (30) und des Ladezustands der Speichereinrichtung (14) für die benötigte Leistung des Fahrzeugs geeignet ist, ausgehend von vorgegebenen Kriterien; und Bestimmen, ob eine augenblickliche Kombination aus dem ermittelten Wasserverteilungszustand und dem ermittelten Ladezustand in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass der favorisierte Kombinationsbereich (96) durch Hinzufügen eines auf einer Seite eines niedrigeren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs (112) und eines auf einer Seite eines höheren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs (114) zu einem optimalen Bereich (110) erhalten wird, in welchem der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt und der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt; wobei das Verfahren weiter aufweist: Verbessern des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle (30) unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14), wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt, um die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich (96) zu bewegen, wobei, selbst in einem Fall, bei dem der ...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem, das zusammen mit einer Speichereinrichtung verwendet wird.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Beispielsweise ist ein Fahrzeug, das eine Brennstoffzelle enthält, mit einer Speichereinrichtung zusätzlich zur Brennstoffzelle ausgestattet, und benötigte elektrische Leistung wird von der Speichereinrichtung zugeführt, wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, oder wenn vom Fahrzeug benötigte elektrische Leistung nicht ausschließlich von der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle zu Verfügung gestellt werden kann.
  • In der Brennstoffzelle wird Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, einer Anodenseite zugeführt und sauerstoffhaltiges Oxidationsgas, beispielsweise Luft, wird einer Katodenseite zugeführt, so dass die benötigte elektrische Leistung anhand einer Reaktion zwischen dem Brenngas und dem Oxidationsgas erzeugt wird. Hierbei wird Wasser als Reaktionsprodukt an der Katodenseite erzeugt. Da das derart erzeugte Wasser durch die Elektrolytmembran dringt und die Anodenseite erreicht, steigt die Feuchtigkeit auf der Anodenseite der Elektrolytmembran auf ein geeignetes Niveau und der Transport von Wasserstoffprotonen durch die Membran geschieht bei dieser Feuchtigkeit, so dass elektrische Leistung bzw. Strom durch die Reaktion zwischen den Protonen und Sauerstoff erzeugt wird. Dementsprechend ist es nötig, die Feuchtigkeit oder den Wassergehalt der Elektrolytmembran auf ein geeignetes Niveau zu steuern bzw. zu regeln, so dass Leistung bzw. Strom mit hoher Effizienz erzeugt werden kann. Die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle wird somit durch den Wasserverteilungszustand beeinflusst, der an der Elektrolytmembran bestimmt wird, und ein Spülprozess oder ein Befeuchtungsprozess wird ausgeführt, um den Wasserverteilungszustand optimal zu halten.
  • Während die Speichereinrichtung wiederholt geladen und entladen wird, nimmt ihre Ausgabeeigenschaft aufgrund übermäßiger Ladung oder Entladung ab. Zudem variiert die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung mit der Temperatur. Da die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung somit eine bestimmte Beziehung zu ihrem Ladezustand hat, werden der Ladezustand (SOC) der Speichereinrichtung und die Temperatur der Speichereinrichtung beide geregelt oder gesteuert.
  • Beispielsweise offenbart die JP 2008-282767 A ein Brennstoffzellensystem, bei welchem ein Spülprozess basierend auf einem gemessenen Impedanzwert und einem erfassten SOC-Wert ausgeführt wird. Zudem führt, wenn sich die Brennstoffzelle zudem in einem Normalbetriebsmodus befindet, das System einen Spülprozess für eine eingestellte Zeitspanne aus, ohne den SOC zu berücksichtigen. Wenn die Brennstoffzelle in einem Niedertemperatur-Betriebsmodus ist, wird ein Spülprozess mit wenig-feuchtem Gas durchgeführt, um die Startfähigkeit oder Startleistung zu verbessern.
  • Die JP 2007-324071 A offenbart weiter ein Brennstoffzellensystem, das Spülbedingungen basierend auf der im Brennstoffzellenstapel verbleibenden Wassermenge, der Temperatur einer Sekundärbatterie, die einem Luftkompressor elektrische Leistung zuführt, und dem Ladezustand der Sekundärbatterie bestimmt und die vom Luftkompressor zugeführte Menge an Spülgas steuert.
  • Überdies offenbart die JP 2004-281219 A ein Brennstoffzellensystem, das normal arbeitet, wenn die maximale von einer Last und Hilfsaggregaten benötigte elektrische Leistung von einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie zugeführt werden kann, und das einen Aufwärmprozess ausführt, wenn die maximale Leistung nicht zugeführt werden kann. Der Aufwärmbetrieb wird dabei durch wiederholtes Stromerzeugen und Abschalten der Brennstoffzelle und wiederholtes Laden und Entladen der Sekundärbatterie bewirkt.
  • Bei dem Brennstoffzellensystem des Standes der Technik werden die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle und die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung jeweils sichergestellt und ein Sollbereich eines Wasserverteilungszustands während des Betriebs der Brennstoffzelle sowie ein Sollbereich des SOC während des Betriebs der Speichereinrichtung werden bestimmt. Auch wird die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verwendet, wenn es zu einer Verknappung der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle während des Betriebs kommt, und die Speichereinrichtung wird mit Leistung bzw. Strom von der Brennstoffzelle geladen, wenn es zu einer Verknappung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung kommt. Die benötigte Leistung wird somit der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung zugemessen.
  • Gleichwohl gibt es im vorgenannten Stand der Technik keinen Hinweis bezüglich einer effektiven Leistungszuweisung zwischen der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle oder der Ladezustand der Speichereinrichtung, der außerhalb des Sollbereichs liegt, in den Sollbereich gebracht wird.
  • Ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem, das die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, ist zudem Gegenstand der US 2009/0162710 A1 .
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, in welchem die benötigte Leistung effektiv einer Brennstoffzelle und einer Speichereinrichtung zugemessen werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems nach Anspruch 1 sowie dem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9.
  • Ein Verfahren zum Steuern eines an einem Fahrzeug installierten Brennstoffzellensystems weist auf: Schätzen und Ermitteln eines Wasserverteilungszustands einer Brennstoffzelle; Ermitteln eines Ladezustands einer Speichereinrichtung; Festlegen eines favorisierten Kombinationsbereichs als einen Kombinationsbereich, in welchem eine Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle und des Ladezustands der Speichereinrichtung für die benötigte Leistung des Fahrzeugs geeignet ist, ausgehend von vorgegebenen Kriterien; und Bestimmen, ob eine augenblickliche Kombination aus dem ermittelten Wasserverteilungszustand und dem ermittelten Ladezustand in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt. Der favorisierte Kombinationsbereich wird durch Hinzufügen eines auf einer Seite eines niedrigeren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs und eines auf einer Seite eines höheren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs zu einem optimalen Bereich erhalten, in welchem der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt und der Ladezustand der Speichereinrichtung in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt. Das Verfahren weist weiter auf: Verbessern des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung, wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt, um die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich zu bewegen, wobei, selbst in einem Fall, bei dem der Wasserverteilungszustand in einem zulässigen Betriebsbereich liegt, in welchem die Brennstoffzelle ohne Verschlechterung der Eigenschaften der Brennstoffzelle betrieben werden kann, und der Ladezustand der Speichereinrichtung in einem zulässigen Betriebsbereich liegt, in welchem die Speichereinrichtung ohne Verschlechterung der Eigenschaften der Speichereinrichtung betrieben werden kann, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert wird, wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt, in welchem das Brennstoffzellensystem die benötigte Leistung durch eine geeignete Bestimmung eines Anteils zwischen der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle und der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung zur Verfügung stellen, ohne dass es zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Brennstoffzelle oder eine Verschlechterung der Eigenschaften der Speichervorrichtung kommt, um die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich zu bewegen; und wobei, selbst in einem Fall, bei dem der Wasserverteilungszustand in dem empfohlenen Betriebsbereich liegt, wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt und der Ladezustand der Speichereinrichtung niedriger als der empfohlene Betriebsbereich ist, die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung konzentriert genutzt wird, um einen Spülbetrieb für die Brennstoffzelle durchzuführen.
  • Bei dem Verfahren nach dem vorstehenden Aspekt kann, wenn das Fahrzeug gestartet wird oder unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung in einem Batteriebetriebsmodus fährt und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Batterie auf einem zufriedenstellenden Niveau ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle jedoch nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert werden.
  • Bei dem Verfahren nach dem vorstehenden Aspekt kann, wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand höchster Leistung befindet oder die Brennstoffzelle von einem Zustand, in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle gestoppt war, zu einem Zustand, in welchem der Betrieb wieder aufgenommen wird, übergeht und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Batterie auf einem nicht zufriedenstellenden Niveau ist und der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert werden.
  • Bei dem Verfahren nach dem vorstehenden Aspekt kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit ist, ein Luftkompressor betätigt werden, der ein Spülgas zuführt. Dass der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit ist bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt so groß ist, dass die Ausgabeeigenschaft der Brennstoffzelle ungenügend wird, wohingegen der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit bedeutet, dass der Feuchtigkeitsgehalt derart niedrig ist, dass die Ausgabeeigenschaft der Brennstoffzelle ungenügend wird.
  • Bei dem Verfahren nach dem vorstehenden Aspekt kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, ein Öffnungsgrad eines Staudruck-Regelventils der Brennstoffzelle eingestellt werden, um einen Gegendruck bzw. Staudruck der Brennstoffzelle zu erhöhen und den Wasserverteilungszustand zu verbessern.
  • Bei dem Verfahren nach dem vorstehenden Aspekt kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, ein Betrieb einer Kühlmittelzirkulationspumpe für die Brennstoffzelle gesteuert werden, um die Temperatur der Brennstoffzelle zu senken und den Wasserverteilungszustand zu verbessern.
  • Bei dem wie vorstehend konfigurierten Verfahren wird der favorisierte Kombinationsbereich als Kombinationsbereich, in welchem die Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle und des Ladezustands der Speichereinrichtung geeignet für die vom Fahrzeug benötigte Leistung sind gemäß vorgegebenen Kriterien festgelegt, und es wird bestimmt, ob die augenblickliche Kombination des augenblicklichen Wasserverteilungszustands und des Ladezustands in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt. Wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich liegt wird der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert, so dass die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich bewegt bzw. verschoben wird.
  • Obgleich das Brennstoffzellensystem die Speichereinrichtung umfasst kann die Brennstoffzelle die Hauptstromquelle bei normalen Betriebsbedingungen sein. Bei der vorstehenden Konfiguration wird die Speichereinrichtung effektiv dazu verwendet, um den Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle als Hauptstromquelle zu optimieren, oder um den optimierten Wasserverteilungszustand beizubehalten. Das Brennstoffzellensystem mit der Speichereinrichtung ist, als ganzes, in der Lage, durch eine geeignete Leistungszumessung zwischen der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung effektiv Leistung zu erzeugen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann, wenn das Fahrzeug gestartet wird oder unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung in einem Batteriebetriebsmodus fährt und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Speichereinrichtung auf einem zufriedenstellenden Niveau ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle jedoch nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert werden. Auf diese Weise kann die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle als Hauptleistungsquelle frühzeitig auf das gewünschte Niveau erhöht werden.
  • Bei dem vorstehend beschrieben Verfahren kann, wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand höchster Leistung bzw. Ausgangsleistung befindet oder die Brennstoffzelle von einem Zustand, in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle gestoppt war, zu einem Zustand, in welchem der Betrieb wieder aufgenommen wird, übergeht und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Batterie auf einem nicht zufriedenstellenden Niveau ist und der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung verbessert werden. Auf diese Weise kann die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle als Hauptleistungsquelle frühzeitig auf das gewünschte Niveau erhöht werden.
  • Bei dem vorstehend beschrieben Verfahren kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit ist, ein Luftkompressor betätigt werden, der ein Spülgas zuführt. Auf diese Weise kann der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle in einen geeigneten Bereich gesteuert bzw. geregelt werden, und die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle als Hauptleistungsquelle kann frühzeitig auf das gewünschte Niveau erhöht werden.
  • Bei dem vorstehend beschrieben Verfahren kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, ein Öffnungsgrad eines Staudruck-Regelventils der Brennstoffzelle eingestellt werden, um einen Staudruck der Brennstoffzelle zu erhöhen und den Wasserverteilungszustand zu verbessern. Zudem kann, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, die Kombinationszustand-Verbesserungseinheit einen Betrieb einer Kühlmittelzirkulationspumpe für die Brennstoffzelle steuern, um die Temperatur der Brennstoffzelle zu senken und den Wasserverteilungszustand zu verbessern. Auf diese Weise kann der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle jeweils in einen geeigneten Bereich gesteuert bzw. geregelt werden, und die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle als Hauptleistungsquelle kann frühzeitig auf das gewünschte Niveau erhöht werden.
  • Ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist auf: eine Brennstoffzelle, eine Speichereinrichtung, einen Luftkompressor, ein Staudruck-Regelventil, eine Kühlmittelzirkulationspumpe, und einen Controller, wobei der Controller derart ausgestaltet ist, dass er das vorstehend beschriebene Verfahren ausführt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung dieser Erfindung werden nachfolgend detailliert anhand von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen; hierbei zeigt/zeigen:
  • 1 eine Darstellung des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Darstellung des Aufbaus der Brennstoffzellen-Hauptkörpers des Brennstoffzellensystems aus 1;
  • 3 eine Darstellung, die hilfreich ist, um den favorisierten Kombinationsbereich als Kombinationsbereich zu erklären, in welchem die Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle und des Ladezustands der Speichereinrichtung des Brennstoffzellensystems aus 1 für die benötigte Leistung des Fahrzeugs geeignet ist;
  • 4 ein Flußschaubild, das den Ablauf einer effektiven Leistungszumessung zwischen der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung in dem Brennstoffzellensystem aus 1 zeigt;
  • 5A und 5B Ansichten, die hilfreich sind, um die Art und Weise der effektiven Zumessung der benötigten Leistung zu der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung im Brennstoffzellensystem aus 1 zu erklären, wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand höchster Ausgangsleistung befindet, oder wenn die Brennstoffzelle von einem Zustand, in welchem der Betrieb gestoppt war, zu einem Zustand, in welchem der Betrieb wieder aufgenommen wird, übergeht;
  • 6 eine Darstellung zur Erklärung eines Beispiels eines Verfahrens zur Leistungszumessung im Fall von 5A;
  • 7 eine Darstellung zur Erklärung eines anderen Beispiels eines Verfahrens zur Leistungszumessung im Fall von 5A;
  • 8A und 8B Ansichten, die hilfreich sind, um die Art und Weise der effektiven Zumessung der benötigten Leistung zu der Brennstoffzelle und der Speichereinrichtung im Brennstoffzellensystem aus 1 zu erklären, wenn das Fahrzeug gestartet wird, oder wenn das Fahrzeug unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung in einem Batteriebetriebsmodus fährt; und
  • 9 eine Darstellung zur Erklärung eines anderen Beispiels eines Verfahrens zur Leistungszumessung im Fall von 8A.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Während eine dynamoelektrische Maschine als externe Last beschrieben wird, welche die Leistungsausgabe des Brennstoffzellensystems nutzt, kann die externe Last auch aus zwei oder mehr dynamoelektrischen Maschinen bestehen. Die externe Last kann, anstelle der dynamoelektrische(n) Maschine(n) auch eine andere elektrische Vorrichtung oder Vorrichtungen umfassen.
  • Der optimale Bereich und der favorisierte Bereich des Wasserverteilungszustands sowie der optimale Bereich und der favorisierte Bereich des SOC werden nachfolgend lediglich beispielhaft beschrieben und können bei Bedarf, beispielsweise je nach den Spezifikationen des Brennstoffzellensystems, den Eigenschaften eines Brennstoffzellen-Hauptkörpers und den Eigenschaften einer Speichereinrichtung, geändert werden.
  • In allen Zeichnungen werden gleiche oder korrespondierende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese Bauteile nicht wiederholt erläutert werden. Auch werden in dieser Anmeldung diejenigen Bezugszeichen, die zur Identifizierung bestimmter Bauteile verwendet werden, dazu verwendet, um bei Bedarf gleiche oder korrespondierende Bauteile zu bezeichnen.
  • 1 zeigt den Aufbau eines Brennstoffzellensystems 10, das an einem elektrischen Fahrzeug bzw. Elektrofahrzeug installiert ist. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelle 30 und eine Speichereinrichtung 14, die als Antriebsleistungsquellen dienen, und arbeitet entsprechend einer vom Elektrofahrzeug geforderten bzw. benötigten Leistungsausgabe 92, um einer Last benötigte elektrische Leistung zuzuführen. In 1 ist eine dynamoelektrische Maschine 12 als externe Last dargestellt, obgleich sie kein Bestandteil des Brennstoffzellensystems 10 ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist eine dynamoelektrische Maschine 12 in Form eines Motor-Generators (M/G) am Fahrzeug installiert, der eine dynamoelektrische Maschine vom drei-Phasen-Synchronisierungstyp darstellt, und als Motor fungiert, wenn elektrische Leistung angelegt wird und während des Bremsens als Generator fungiert.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst die vorstehend genannte Speichereinrichtung 14 und Brennstoffzelle 30, einen Leistungsschaltkreis 16, einen Controller 90 und einen Speicher 94.
  • Die Speichereinrichtung 14 ist eine wiederaufladbare/entladbare Hochspannungs-Sekundärbatterie und dient zum Zuführen elektrischer Leistung an eine Last, beispielsweise wenn die Brennstoffzelle 30 gestartet wird, oder wenn eine Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 knapp oder geringer ist als eine von der Last benötigte elektrische Leistung. Die hierin genannte Last bezeichnet am Fahrzeug installierte Vorrichtungen, die mit elektrischer Leistung betrieben werden, und umfasst interne Lasten wie beispielsweise einen Inverter 28 und verschiedene Hilfsaggregate, die in der Brennstoffzelle 30 zum Ausführen eines Spülprozesses oder eines Befeuchtungsprozesses enthalten sind, sowie die dynamoelektrische Maschine 12 als externe Last.
  • As Speichereinrichtung 14 können eine Lithium-Ionen-Batterieanordnung oder eine Nickelmetallhydrid-Batterieanordnung mit einer Klemmenspannung von etwa 200 V bis etwa 300 V, ein Kondensator oder dergleichen verwendet werden. Die Speichereinrichtung 14, die eine sogenannte Hochspannungsbatterie darstellt, wird häufig einfach als Batterie bezeichnet. Daher wird die Speichereinrichtung 14 nachfolgend bei Bedarf als „Batterie” oder „BAT” bezeichnet.
  • Die Speichereinrichtungstemperatur als Temperatur der Speichereinrichtung 14 und SOC-Daten, die den Ladezustand der Speichereinrichtung 14 darstellen, werden über geeignete Signalleitungen an den Controller 90 übertragen. Der SOC kann durch einen Wert dargestellt werden, der durch Überwachen eines in die Speichereinrichtung 14 fließenden Ladestroms und eines aus der Speichereinrichtung 14 fließenden Entladestroms berechnet wird.
  • Ein BAT-Spannungswandler 20 in dem Leistungsschaltkreis 16 ist ein Batteriespannungswandler, der zwischen der Speichereinrichtung 14 und der Last angeordnet ist und eine Spannungsniveauwandlung zwischen der Klemmenspannung der Speichereinrichtung 14 und der Spannung auf Seiten der Last durchführt. Hierbei steht BAT für Batterie. Der BAT-Spannungswandler 20 umfasst eine Spule und eine Schaltvorrichtung.
  • Ein FC-Spannungswandler 24 ist ein Brennstoffzellenspannungswandler, der zwischen der Brennstoffzelle 30 und der Last angeordnet ist und eine Spannungsniveauwandlung zwischen der Klemmenspannung der Brennstoffzelle 30 und der Spannung auf Seiten der Last durchführt. Hierbei steht FC für Brennstoffzelle. Der FC-Spannungswandler 24 umfasst eine Spule und eine Schaltvorrichtung.
  • Der Inverter 28 ist eine Schaltung mit einer Funktion zum Wandeln von Hochspannungs-Gleichstromleistung (Hochspannungs-DC-leistung) in Wechselstromleistung (AC-Leistung) als 3-Phase-Antriebsleistung und Zuführen der Wechselstromleistung zu der dynamoelektrischen Maschine 12, und einer Funktion zum Wandeln von der von der dynamoelektrischen Maschine 12 erhaltenen Wechselstromleistung als 3-Phasen-Regenerationsleistung in Hochspannungs-Gleichstromladeleistung. Der Inverter 28 kann aus einer Schaltung mit einer (oder mehreren Schaltvorrichtung(en), Diode(n) und dergleichen bestehen.
  • Glättungskondensatoren 18, 22 und 26 stellen kapazitive Elemente zum Verringern von Spannungs- und Stromschwankungen der Speichereinrichtung 14, der Brennstoffzelle 30 und des Inverters 18 durch Glätten dar.
  • Die Brennstoffzelle 30 umfasst einen FC-Hauptkörper 40, eine Spüleinheit 32 und eine Befeuchtungseinheit 34. 2 ist eine Darstellung, die hilfreich für die Erläuterung des Aufbaus der Brennstoffzelle 30 ist. Der FC-Hauptkörper 40 hat einen Brennstoffzellenstapel 42 sowie verschiedene Hilfsaggregate, die für den Betrieb notwendig sind.
  • Der Brennstoffzellenstapel 42 ist eine Art Batterieanordnung, die durch Kombinieren einer Mehrzahl von Brennstoffzellen (d. h. Einheitszellen) ausgebildet wird, so dass eine hohe elektrische Leistung von etwa 200 V bis etwa 300 V aus dem Brennstoffzellenstapel 42 gezogen werden kann. Jede der Brennstoffzellen hat eine Anodenseite, der Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, zugeführt wird, sowie eine Katodenseite, der Oxidationsgas, beispielsweise Luft, zugeführt wird, und eine Elektrolytmembran in Form einer Solidpolymermembran. Durch eine elektrochemische Reaktion zwischen den der Brennstoffzelle zugeführten Gasen wird die benötigte elektrische Leistung zur Verfügung gestellt.
  • Die verschiedenen Hilfsaggregate sind grob in Aggregate unterteilt, die ein Brenngaszufuhrsystem 44 bilden, Aggregate, die ein Oxidationsgas-Zufuhrsystem 46 bilden, und Aggregate, die ein Kühlsystem 48 bilden.
  • Das Brenngaszufuhrsystem 44 ist eine Gaszufuhreinheit zum Zuführen von Brenngas zum Brennstoffzellenstapel 42, welches dieser für seinen Betrieb benötigt, mit geeignetem Druck und geeigneter Strömungsrate. Das Brenngaszufuhrsystem 44 umfasst einen Einlassseitenkanalabschnitt, durch welchen Brenngas von einem Brenngastank 50, der mit Hochdruck Wasserstoffgas befüllt ist, einem Einlassanschluß des Brennstoffzellenstapels 42 über ein Sperrventil 52, ein Regelventil 54, das den Druck und die Strömungsrate grob regelt, und eine Wasserstoffzufuhrvorrichtung 56, welche den Druck und die Strömungsrate des Brenngases auf angemessene Werte regelt, zuführt, sowie einen Auslassseitenkanalabschnitt, durch welchen Abgas, das durch den Brennstoffzellenstapel 42 geströmt ist und aus einem Auslassanschluss des Brennstoffzellenstapels 42 ausgestoßen wurde, strömt.
  • Ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider (nicht dargestellt) ist im Auslassseitenkanalabschnitt angeordnet, um das Abgas, das in dem Brennstoffzellenstapel 42 verwendet wurde und Wasserdampf enthält, in Wasserstoffgas und Wasser enthaltendes, verunreinigtes Gas zu trennen. Eine Wasserstoffpumpe 58, die in einem Zirkulationskanal angeordnet ist, der den Auslassseitenkanal mit dem Einlassseitenkanal verbindet, stellt eine Zirkulationspumpe dar, die Wasserstoffgas vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider zum Einlassseitenkanal zurückführt. Das Wasser enthaltende, verunreinigte Gas vom Gas-Flüssigkeits-Abscheider wird einer Verdünnungsvorrichtung 66 über ein Sperrventil 64 zugeführt, das zu geeigneten Zeitpunkten geöffnet und geschlossen wird, und wird mit Abgas verdünnt, das vom Oxidationsgas-Zufuhrsystem 46 zugeführt wird, um nach außen abgegeben zu werden.
  • Das Oxidationsgas-Zufuhrsystem 46 ist eine Gaszufuhreinheit zum Zuführen von Oxidationsgas zum Brennstoffzellenstapel 42, welches dieser für den Betrieb benötigt, mit geeignetem Druck und geeigneter Strömungsrate. Das Oxidationsgas-Zufuhrsystem 46 verwendet Außenluft, welche als Luft 68 bezeichnet wird, als Zufuhrquelle und umfasst einen Einlassseitenkanalabschnitt in welchem Oxidationsgas einem Einlassanschluß des Brennstoffzellenstapels 42 über einen geeigneten Filter (nicht dargestellt), ACP 70 als Luftkompressor, und einen Befeuchter 74 zugeführt wird, sowie einen Auslassseitenkanalabschnitt, durch welchen Abgas, das durch den Brennstoffzellenstapel 42 geströmt ist und aus einem Auslassanschluss des Brennstoffzellenstapels 42 ausgestoßen wurde, strömt.
  • Mittels des vorstehend genannten Aufbaus werden Wasserstoffgas als Brenngas und unter Druck stehende Luft als Oxidationsgas dem Brennstoffzellenstapel 42 zugeführt. Diese Gase reagieren elektrochemisch miteinander, um Wärme zu generieren und Wasser als Reaktionsnebenprodukt zu erzeugen, sowie um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen. Als Ergebnis wird elektrische Leistung erzeugt, und die derart erzeugte Leistung wird an den FC-Spannungswandler 24 als von der Brennstoffzelle 30 ausgegebene Leistung ausgegeben.
  • Ein Gegendruck- bzw. Staudruck-Regelventil 72 das im Auslassseitenkanalabschnitt des Oxidationsgas-Zufuhrsystems 46 angeordnet ist, kann betätigt werden, um den Druck des Oxidationsgases im Brennstoffzellenstapel 42 zu beschränken oder zu regeln. Wasser enthaltendes Abgas als Reaktionsprodukt, welches durch das Staudruck-Regelventil 72 gelangt ist, wird dem Befeuchter 74 als Befeuchtungsgas zugeführt, um das durch den Einlassseitenkanalabschnitt strömende Oxidationsgas zu befeuchten bzw. anzufeuchten. Das aus dem Befeuchter 74 nach der Befeuchtung ausgegebene Abgas wird in die Verdünnungsvorrichtung 66 gespeist.
  • Das Kühlsystem 48 dient zum Zirkulieren eines Kühlmittels, um den Brennstoffzellenstapel 42 bei einer für die elektrochemische Reaktionen geeigneten Betriebstemperatur zu halten. Das Kühlsystem 48 umfasst eine Kühlmittelzirkulationspumpe 80, einen Radiator 82 sowie ein Mischventil 84 zum Steuern der Strömungsrate des in Richtung zum Radiator 82 gerichteten Kühlmittels.
  • Wie in 2 dargestellt, sind Druckanzeiger 60, 78, Strömungsmessgeräte 62, 66 sowie ein Temperaturanzeiger 86 vorgesehen, um den Wasserstoffgaseinlassdruck PH, die Strömungsrate QH des Wasserstoffgases, das von der Wasserstoffpumpe 58 zurückgeführt wird, die Strömungsrate QO des Oxidationsgases, den Oxidationsgasdruck PO, der vom Staudruck-Regelventil 72 geregelt wird, und die Kühlmitteltemperatur θW zu messen.
  • Die Spüleinheit 32 und die Befeuchtungseinheit 34 stellen eine Steuereinheit dar, die zum Steuern des Betriebs der vorstehend genannten verschiedenen Hilfsaggregate dient, um einen geeigneten Wasserverteilungszustand des Brennstoffzellenstapels 42 zu erlangen. Wie vorstehend beschrieben ist, müssen die im Brennstoffzellenstapel 42 enthaltenen Elektrolytmembranen eine geeignete Feuchtigkeit aufweisen, dass die Brennstoffzelle 30 Leistung erzeugen kann. Der vorstehend genannte Wasserverteilungszustand des Brennstoffzellenstapels 42 bezeichnet die an der Elektrolytmembran gemessene Feuchtigkeit, oder den Wasser- bzw. Feuchtigkeitsgehalt der Elektrolytmembran.
  • Werte, welche den Wasserverteilungszustand darstellen, können durch Messen der Impedanz des Brennstoffzellenstapels 42 erhalten werden. Beispielsweise kann ein Wert, der dem Feuchtigkeitsgehalt entspricht, welcher den Wasserverteilungszustand anzeigt, durch Anlegen eines geeigneten Wechselstromsignals an einem Ausgangsanschluss bzw. eine Ausgangsklemme des Brennstoffzellenstapel 42 und Messen der Impedanz des Brennstoffzellenstapels 42 anhand des Wechselstromsignals ermittelt werden. Die derart erhaltenen Daten über den Feuchtigkeitsgehalt, der den Wasserverteilungszustand anzeigt, werden über eine geeignete Signalleitung an den Controller 90 geleitet.
  • Wenn der Wasserverteilungszustand des Brennstoffzellenstapels 42 ein übermäßig feuchter Zustand ist, also der Wasser- bzw. Feuchtigkeitsgehalt derart groß ist, dass die Ausgabeeigenschaften des Brennstoffzellenstapels 42 nicht zufriedenstellend sind, steuert die Spüleinheit 32 den Betrieb eines Hilfsaggregats oder mehrerer Hilfsaggregate zum Spülen von Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 42. Beispielsweise wird die Drehzahl des ACP (Luftkompressor) 70 oder dergleichen erhöht, um die Menge an Oxidationsgas, das dem Brennstoffzellenstapel 42 zugeführt wird, zu erhöhen. In diesem Fall kann ein geeigneter Kanal vorgesehen sein, der den Befeuchter 74 umgeht, und eine große Menge an trockenem Oxidationsgas kann dem Brennstoffzellenstapel 42 über den Bypasskanal zugeführt werden. Der Spülbetrieb bzw. -prozess kann somit durch Steuern des Betriebs des ACP 70 ausgeführt werden, um die Strömungsrate und den Druck des dem Brennstoffzellenstapel 42 zugeführten Oxidationsgases zu erhöhen. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffzellenstapels 42 höher als 60% ist, kann der Wasserverteilungszustand als Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit gesehen werden.
  • Wenn der Wasserverteilungszustand des Brennstoffzellenstapels 42 ein übermäßig trockener Zustand ist, also der Feuchtigkeitsgehalt so gering ist, dass die Ausgabeeigenschaften des Brennstoffzellenstapels 42 nicht zufriedenstellend sind, steuert die Befeuchtungseinheit 34 den Betrieb eines Hilfsaggregats oder mehrerer Hilfsaggregate zum Erhöhen des Feuchtigkeitsgehalts in dem Brennstoffzellenstapel 42. Beispielsweise wird eine Steuerung zum Beschränken des Oxidationsgasstromes durch Einstellen der Öffnung des Staudruck-Regelventils 72 und Erhöhen des Stau- bzw. Gegendrucks des Brennstoffzellenstapels 42 ausgeführt. Wenn somit der Oxidationsgasfluß ausreichend beschränkt ist, verbleibt eine ausreichende Menge an befeuchtetem Oxidationsgas, das durch den Befeuchter 74 gelangt ist, in dem Brennstoffzellenstapel 42, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt erhöht werden kann.
  • Der Feuchtigkeitsgehalt kann auch durch Erhöhen der Drehzahl der Kühlmittelzirkulationspumpe 80, zum Erhöhen der Strömungsrate des in den Brennstoffzellenstapel 42 eingebrachten Kühlmittels, erhöht werden. Wenn die Kühlmittelströmungsrate zunimmt, sinkt die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 42 und die Feuchtigkeit im Brennstoffzellenstapel 42 kann erhöht werden. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffzellenstapels 42 niedriger als 40% ist, kann der Wasserverteilungszustand als Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit gesehen werden.
  • Der Feuchtigkeitsgehalt kann auch durch Erhöhen der Drehzahl der Wasserstoffpumpe 58, um die Menge des vom Auslassanschluss des Brenngaszufuhrsystems 44 zum Einlassseitenkanal zurückgeführten Wasserstoffs zu erhöhen, erhöht werden. Auf diese Weise kann im Wasserstoffgas auf der Anodenseite enthaltenes Wasser zur Katodenseite zurückgeführt werden, so dass der Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffzellenstapels 42 erhöht werden kann.
  • Erneut Bezug nehmend auf 1 steuert der Controller 90 den Betrieb der jeweiligen Bauteile, welche das Brennstoffzellensystem 10 bilden vollständig gemäß der benötigten Leistungsausgabe 92 als von einem Fahrzeugsteuersystem (nicht dargestellt) erhaltenen Befehl. In diesem Zusammenhang ist die benötigte Leistungsausgabe 92 ein Wert der elektrischen Leistung, die von allen in dem Fahrzeug installierten elektrischen Geräten während des Betriebs des Fahrzeugs benötigt wird, und als Leistungsausgabe des Brennstoffzellensystems 10 erhalten wird. Genauer gesagt umfasst die benötigte elektrische Leistung die Leistung, die von der dynamoelektrischen Maschine 12 für das Betreiben des Fahrzeugs benötigt wird, die Leistung, die von dem Leistungsschaltkreis 16, der mit der dynamoelektrischen Maschine 12 verbunden ist, benötigt wird, die Leistung, die von verschiedenen Vorrichtungen welche die Brennstoffzelle 30 bilden, benötigt wird sowie die Leistung, die von einer Klimaanlage, Audioequipment, kleinen Motoren, Steuerschaltungen und so weiter benötigt wird.
  • Zusätzlich zur vorstehend genannten übergreifenden Steuerfunktion hat der Controller 90 insbesondere die Funktion zum Steuern der effektiven Zumessung der Ausgabe oder Leistung zur Brennstoffzelle 30 und Speichervorrichtung 14 abhängig vom Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 und dem Ladezustand der Speichervorrichtung 14. Der Controller 90 kann aus einem Computer bestehen, der am Fahrzeug installiert werden kann.
  • Der Controller 90 umfasst eine Wasserverteilungszustand-Schätz-und-Ermittlungseinheit 100, die einen Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 schätzt und ermittelt, eine Ladezustand-Schätz-und-Ermittlungseinheit 102, die den Ladezustand der Speichervorrichtung 14 ermittelt, eine Kombinationszustand-Bestimmungseinheit 104 sowie eine Kombinationszustand-Verbesserungseinheit 106. Die Kombinationszustand-Bestimmungseinheit 104 stellt gemäß vorgegebenen Kriterien einen favorisierten Kombinationsbereich als einen Kombinationsbereich ein, in welchem die Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle 30 und des Ladezustands der Speichervorrichtung 14 geeignet für die benötigte Leistung des Fahrzeugs ist, und bestimmt, ob die augenblickliche Kombination des ermittelten Wasserverteilungszustands und des ermittelten Ladezustands im favorisierten Kombinationsbereich liegt. Falls die augenblickliche Kombination nicht im favorisierten Kombinationsbereich liegt, verbessert die Kombinationszustand-Verbesserungseinheit 106 den Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14, so dass die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich verschoben wird.
  • Die vorstehend beschriebenen Funktionen können in Form von Software umgesetzt werden, genauer gesagt durch Ausführen eines Steuerprogramms für das Brennstoffzellensystem. Ein Teil dieser Funktionen kann als Hardware ausgeführt werden.
  • Der mit dem Controller 90 verbundene Speicher 94 speichert das Steuerprogramm für das Brennstoffzellensystem und speichert überdies zusätzlich den favorisierten Kombinationsbereich 96 als einen Kombinationsbereich, in welchem die Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle 30 und des Ladezustands der Speichervorrichtung 14 für die benötigte Leistung des Fahrzeugs geeignet ist. Ein geeignetes Speicherelement kann als Speicher 94 verwendet werden.
  • 3 zeigt ein Beispiel des favorisierten Kombinationsbereichs 96. Der favorisierte Kombinationsbereich 96 dieses Beispiels wird durch einen schraffierten Bereich im Kennfeld von 3 gezeigt, in welchem die horizontale Achse den SOC darstellt, der den Ladezustand der Speichervorrichtung 14 anzeigt, und die vertikale Achse den Feuchtigkeitsgehalt darstellt, der den Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 anzeigt. Ein besonders favorisierter Bereich, der im favorisierten Bereich enthalten ist, wird als optimaler Bereich bezeichnet, und ist in dem Kennfeld von 3 durch einen doppelt schraffierten Bereich dargestellt. Während der Speicher 94 den favorisierten Kombinationsbereich, etc. in Form des in 3 gezeigten Kennfelds speichert, kann der Speicher 94 den favorisierten Bereich auch in Form binärer Daten (1 oder 0) speichern, welche anzeigen, ob die erfasste Kombination des Feuchtigkeitsgehalts und des SOC im favorisierten Bereich liegt, oder in Form mathematischer Ausdrücke, welche die Grenzen zwischen dem favorisierten Bereich und anderen Bereichen als dem favorisierten Bereich darstellen. Im Übrigen ist der optimale Bereich ein Bereich, wo der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt und der Ladezustand der Speichervorrichtung in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist der Bereich des SOC in fünf Abschnitte unterteilt, welche durch die Werte A1, A2, A3 und A4 als Grenzlinien definiert sind. Von diesen Abschnitten ist der Abschnitt zwischen A2 und A3 ein SOC-Bereich, der als empfohlener Betriebsbereich für die Speichervorrichtung 14 gemäß dem Stand der Technik bezeichnet wird. Obgleich der Abschnitt zwischen A1 und A2 und der der Abschnitt zwischen A3 und A4, die jeweils außerhalb des Abschnitts zwischen A2 und A3 liegen, keine empfohlenen Betriebsbereiche für die Speichervorrichtung 14 sind, stellen sie zulässige Betriebsbereiche dar, in welchen die Speichervorrichtung 14 ohne Verschlechterung ihrer Eigenschaften betrieben werden kann. Der Abschnitt unter A1 und der Abschnitt über A4 sind beschränkte Betriebsbereiche, in welchen die Eigenschaften der Speichervorrichtung 14 abnehmen können.
  • Wenn beispielsweise der empfohlenen Betriebsbereich des SOC zwischen 40% und 60% liegt, kann der zulässige Betriebsbereich auf einem Bereich von 30% bis 70% eingestellt sein. Es ist ersichtlich, dass diese Zahlen lediglich beispielhafter Natur sind und zum Zwecke der Erläuterung dienen.
  • In gleicher Weise ist der Bereich des Feuchtigkeitsgehalts in fünf Abschnitte unterteilt, die durch die Werte B1, B2, B3 und B4 als Grenzen bzw. Grenzlinien definiert sind. Von diesen Abschnitten ist der Abschnitt zwischen B2 und B3 ein Feuchtigkeitsgehaltsbereich, der als empfohlener Betriebsbereich für die Brennstoffzelle 30 gemäß dem Stand der Technik bezeichnet wird. Obgleich der Abschnitt zwischen B1 und B2 sowie der Abschnitt zwischen B3 und B4, die jeweils außerhalb des Abschnitts zwischen B2 und B3 liegen, keine empfohlenen Bereiche für die Brennstoffzelle 30 sind, stellen sie zulässige Betriebsbereiche dar, in welchen die Brennstoffzelle 30 ohne Abnahme bzw. Verschlechterung ihre Eigenschaften betrieben werden kann. Der Abschnitt unter B1 und der Abschnitt über B4 sind beschränkte Betriebsbereiche, in denen die Eigenschaften der Brennstoffzelle 30 abnehmen können.
  • Obgleich die Werte des Feuchtigkeitsgehalts abhängig von dessen Definition oder Verfahren zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts variieren, kann einem Prozentwert des Feuchtigkeitsgehalts, der durch bestimmte Kriterien definiert ist, als Feuchtigkeitsgehalt verwendet werden. Wenn der so definierte Feuchtigkeitsgehalt verwendet wird, kann der zulässige Betriebsbereich des Feuchtigkeitsgehalts auf 30% bis 70% eingestellt werden, wobei der empfohlene Betriebsbereich beispielsweise zwischen 40% und 60% liegt. Es ist ersichtlich, dass diese Zahlen lediglich beispielhafter Natur sind und zum Zwecke der Erläuterung dienen.
  • Gemäß dem Stand der Technik wird der Abschnitt, in welchem der SOC von A2 nach A3 reicht, und der Feuchtigkeitsgehalt von B2 nach B3 reicht als empfohlener Betriebsbereich 110 des Brennstoffzellensystems betrachtet. In 3 liegen ein Betriebsbereich auf Seiten eines niedrigeren SOC 112 sowie ein Betriebsbereich auf Seiten eines höheren SOC 114 außerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs 110. Der Betriebsbereich auf Seiten des niedrigeren SOC 112 ist ein Bereich, in welchem der SOC niedrig ist, der Feuchtigkeitsgehalt jedoch in dem empfohlenen Betriebsbereich liegt. In diesem Bereich kann das Brennstoffzellensystem die benötigte Leistung durch Kompensation eines Mangels der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 durch die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 abdecken. Der Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114 ist ein Bereich, in welchem der SOC ausreichend hoch ist, der Feuchtigkeitsgehalt jedoch außerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs liegen kann. In diesem Bereich kann das Brennstoffzellensystem die benötigte Leistung durch Kompensation eines Mangels der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 durch die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 abdecken.
  • Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist der favorisierte Bereich 96 der Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle 30 und des Ladezustands der Speichervorrichtung 14 ein Bereich, der durch Hinzufügen des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112 sowie des Betriebsbereichs auf Seiten des höheren SOC 114 zum empfohlenen Betriebsbereich 110 des Standes der Technik erhalten wird. Der optimale Bereich, der ein weiterer bevorzugter Bereich im favorisierten Bereich ist, ist der empfohlene Betriebsbereich 110. Wenn die vorstehend genannte Kombination im favorisierten Bereich liegt, kann das Brennstoffzellensystem die benötigte Leistung durch angemessene Bestimmung des Anteils zwischen der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 und der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 zur Verfügung stellen, ohne dass es zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Brennstoffzelle 30 oder eine Verschlechterung der Eigenschaften der Speichervorrichtung 14 kommt.
  • Der Betrieb des wie vorstehend beschrieben konfiguriertem Systems, insbesondere die jeweiligen Funktionen des Controllers 90, werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt ein Flussschaubild, das einen Ablauf zur effektiven Zumessung der benötigten Leistung zur Brennstoffzelle 30 und Speichervorrichtung 14 darstellt. Jeder Schritt des Verfahrens von 4 entspricht einem Schritt des Steuerprogramms für das Brennstoffzellensystem.
  • Unter normalen Bedingungen führt das Brennstoffzellensystem 10 eine normale Steuerung aus, in welcher das System 10 im empfohlenen Betriebsbereich 110 arbeitet (S10). Selbst wenn das Brennstoffzellensystem 10 in diesem Bereich arbeitet, ändern sich jedoch der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 und der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 von Moment zu Moment; daher werden ein geschätzter Wert des Wasserverteilungszustands sowie ein geschätzter Wert des Speicherzustands in geeigneten Zeitintervallen erfasst (S12, S14). Diese Schritte werden entsprechend durch die Wasserverteilungszustand-Schätz-und-Ermittlungseinheit 100 und die Ladezustand-Schätz-und-Ermittlungseinheit 102 des Controllers 90 ausgeführt. Genauer gesagt ermittelt der Controller 90 Feuchtigkeitsgehalts-Daten, welche den Wasserverteilungszustand darstellen und von der Brennstoffzelle 30 übertragen werden, sowie SOC-Daten, die den Ladezustand darstellen und von der Speichervorrichtung 14 übermittelt werden.
  • Dann wird bestimmt, ob die augenblickliche Kombination des Feuchtigkeitsgehalts, der den ermittelten Wasserverteilungszustand anzeigt, und des SOC, der den ermittelten Ladezustand anzeigt, im favorisierten Kombinationsbereich liegt (S16). Dieser Schritt wird durch die Kombinationszustand-Bestimmungseinheit 104 des Controllers 90 ausgeführt. Genauer gesagt liest oder erfasst die Kombinationszustand-Bestimmungseinheit 104 den im Speicher 94 hinterlegten favorisierten Kombinationsbereich 96 und bestimmt, ob die ermittelte Kombination des augenblicklichen Feuchtigkeitsgehalts und SOC im empfohlenen Betriebsbereich 110, im Betriebsbereich auf Seiten des niedrigeren SOC 112 oder im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114 liegt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde. Wenn die Kombination des augenblicklichen Feuchtigkeitsgehalts und SOC in einem dieser Bereiche liegt, wird bestimmt, dass die Kombination eine favorisierte Kombination ist, und die Steuerung kehrt zu Schritt S10 zurück.
  • Wenn die Kombination des augenblicklichen Feuchtigkeitsgehalts und SOC nicht im empfohlenen Betriebsbereich 110, im Betriebsbereich auf Seiten des niedrigeren SOC 112 oder im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114 liegt, wird ein Prozess zum Verbessern des Kombinationszustands ausgeführt (S18). Dieser Schritt wird durch die Kombinationszustand-Verbesserungseinheit 106 des Controllers 90 ausgeführt. Genauer gesagt verbessert die Kombinationszustand-Verbesserungseinheit 106 den Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14, so dass ein Punkt, der die augenblickliche Kombination anzeigt, zu einem Punkt im favorisierten Kombinationsbereich 96 verschoben wird. Wenn die augenblickliche Kombination bereits im favorisierten Bereich 96 jedoch nicht im optimalen Bereich 110 liegt, wird gemäß einer nicht in 4 gezeigten weiter bevorzugten Ausführungsform ein Vorgang zum weiteren Verbessern des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle ausgeführt. Wenn der Vorgang nach Schritt S18 beendet ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück und der vorstehend beschriebene Ablauf wird in festen Zeitintervallen wiederholt.
  • Beispiele des Prozesses zum Verbessern des Kombinationszustands werden nachfolgend Bezug nehmend auf die 5A bis 9 beschrieben. In einem Beispiel aus 5A bis 7 ist die augenblickliche Kombination in der Nähe des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112, in welchem der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 nicht zufriedenstellend ist und zudem der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 nicht zufriedenstellend ist. In einem Beispiel der 8A, 8B und 9 ist die augenblickliche Kombination im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114, in welchem der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 gut ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 jedoch nicht zufriedenstellend ist.
  • Die 5A zeigt den Fall, wo der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 nicht zufriedenstellend ist und der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 ebenfalls nicht zufriedenstellend ist. 5B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112 des favorisierten Kombinationsbereichs 96, wobei ein Betriebs- bzw. Arbeitspunkt 120 die augenblicklichen Zustände darstellt. Bezugszeichen 122 und 124 bezeichnen Betriebspunkte, zu denen der Betriebspunkt 120 verschoben wird, wenn die benötigte Leistung der Brennstoffzelle 30 und der Speichervorrichtung 14 zugemessen wird. Der Betriebspunkt 120 wird zum Betriebspunkt 122 gemäß dem Verfahren aus 4 verschoben, und wird zum Betriebspunkt 124 gemäß dem Stand der Technik verschoben, wie zu Vergleichszwecken in 5B dargestellt ist.
  • Wie in den 5A und 5B dargestellt ist, befindet sich der augenblickliche Betriebspunkt 120 außerhalb des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112. Wenn der Betriebspunkt 120 alleine betrachtet wird, zeigt er, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 im Bereich von B2 und B3 liegt, und somit ein zufriedenstellender Bereich ist, der Ladezustand (SOC) der Speichervorrichtung 14 jedoch nicht auf einem geeigneten bzw. zufriedenstellenden Niveau liegt. Verglichen mit dem favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt der Betriebs- bzw. Arbeitspunkt 120 außerhalb des bevorzugten Kombinationsbereichs 96, und das Brennstoffzellensystem kann die benötigte Leistung 92, d. h. die vom Anwender gewünschte oder geforderte Leistung, nicht erzeugen. Beispiele dieses Falles umfassen zum Beispiel den Fall, in welchem das Fahrzeug sich in einem Zustand maximaler Ausgangsleistung befindet, oder den Fall, in welchem sich die Brennstoffzelle 30 in einem Übergangszustand von einem Zustand, in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle 30 gestoppt oder angehalten war, zu einem Zustand in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle wieder aufgenommen wird, befindet.
  • Wenn, als Beispiel des Falls, in welchem das Fahrzeug sich in einem Zustand maximaler Ausgangsleistung befindet, das Gaspedal vollständig niedergedrückt ist (Drosselklappe weit geöffnet (WOT)), kompensiert die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 einen Mangel der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 hinsichtlich der benötigten Leistung 92. Wenn zu diesem Zeitpunkt der SOC der Speichervorrichtung 14 kleiner als A2 ist, kann die Gesamtausgangsleistung der Brennstoffzelle 10 die benötigte Leistung 92 nicht abdecken, selbst wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 zwischen B2 und B3 liegt.
  • Wenn die Brennstoffzelle 30, als Beispiel für den Fall, in welchem sich die Brennstoffzelle 30 in einem Übergangszustand von einem Zustand, in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle 30 gestoppt war, zu einem Zustand in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle wieder aufgenommen wird, befindet, die Ausführung eines intermittierenden Betriebs beendet, kann der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 in der Nähe von B2 oder in der Nähe von B3 sein, da die Brennstoffzelle 30 in einem Zustand gehalten wurde, in welchem ihr Betrieb unterbrochen war.
  • In diesen Fällen ist festzustellen, dass, hinsichtlich des Ausgabezustands des Brennstoffzellensystems 10 als ganzes, der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 nicht auf einem geeigneten Niveau ist, und überdies der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 ungenügend ist. Verglichen mit dem favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt nämlich der Betriebspunkt 120, der die Kombination des Feuchtigkeitsgehalts und SOC darstellt, außerhalb des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112.
  • Gemäß dem Stand der Technik kann der Betrieb der Brennstoffzelle 30 fortgeführt werden, da der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 zwischen B2 und B3 liegt. Jedoch wird in diesem Fall, während der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 allmählich nahe an den Mittelpunkt zwischen B2 und B3 kommt, der SOC der Speichervorrichtung 14 niedriger und niedriger, da die von der Speichervorrichtung 14 erzeugte Leistung von Hilfsaggregaten oder dergleichen verbraucht wird, und es wird schwierig, dass der Betriebspunkt den Betriebsbereich auf Seiten des niedrigeren SOC 112 erreicht. Der Betriebspunkt 124 in 5B stellt einen derartigen Zustand dar, wie er nach dem Stand der Technik erreicht wird.
  • Gemäß dem Verfahren nach 4 wird ein Prozess zum Verbessern des Kombinationszustands in Schritt S18 ausgeführt. Hierbei wird der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 verbessert, so dass der Betriebspunkt 120, der die augenblickliche Kombination anzeigt, in Richtung zum Betriebspunkt 122 im favorisierten Kombinationsbereich 116 verschoben wird, wie vorstehend beschrieben. In diesem Beispiel wird nämlich die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 intensiv zu einem frühen Zeitpunkt verwendet, um einen Spülprozess bzw. Spülvorgang der Brennstoffzelle 30 durchzuführen. Der Spülprozess, der durch die Spüleinheit 32 durchgeführt wird, umfasst eine Schritt zum Erhöhen der Drehzahl des ACP (Luftkompressor) 70, wie vorstehend beschrieben. Wenn das Brennstoffzellensystem dem Betriebspunkt 122 erreicht, der im favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt, kann das System eine Leistung erzeugen, die äquivalent zur benötigten Leistung 92 ist, und die vom Nutzer gewünschte Leistung wird erhalten, wodurch die Fahrbarkeit verbessert wird.
  • Während der Spülprozess durch direktes Verwenden der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 ausgeführt werden kann, kann der Spülprozess auch derart ausgeführt werden, dass ein bestimmter Anteil der benötigten Leistung 92 durch die Speichervorrichtung 14 zur Verfügung gestellt wird. Die 6 und 7 zeigen zwei spezifische Beispiele eines derartigen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  • 6 zeigt ein Beispiel, in welchem das Ausgabelevel der Brennstoffzelle 30 gesenkt wird, und die Speichervorrichtung 14 einen Mangel der ausgegebenen Leistung aufgrund der Verringerung des Ausgabelevels der Brennstoffzelle 30 kompensiert. In 6 bezeichnet „FC” die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 und „BAT” die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14. Die Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 wird somit gesenkt, so dass die nach außen ausgestoßene Menge an Wasser größer als die Menge an Wasser wird, die durch die elektrochemische Reaktionen erzeugt wird, wodurch im Wesentlichen der Spülprozess in der Brennstoffzelle 30 ausgeführt wird. In diesem Beispiel wird die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 intensiv und effektiv zu einem frühen Zeitpunkt verwendet, um einen Mangel der ausgegebenen Leistung relativ zur benötigten Leistung 92 zu kompensieren, während gleichzeitig der Spülprozess in der Brennstoffzelle 30 ausgeführt wird, so dass der Betriebspunkt zu einem Punkt verschoben wird, der im favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt.
  • 7 zeigt ein Beispiel, in welchem ein Spülprozess ausgeführt wird, bevor Leistung durch die Brennstoffzelle 30 erzeugt wird, und während des Spülprozesses die benötigte Leistung 92 lediglich durch die Speichervorrichtung 14 zur Verfügung gestellt wird. In diesem Beispiel wird die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 intensiv und effektiv zu einem frühen Zeitpunkt verwendet, um die gesamte benötigte Leistung 92 zur Verfügung zu stellen, während gleichzeitig der Spülprozess in der Brennstoffzelle 30 ausgeführt wird, so dass der Betriebspunkt zu einem Punkt verschoben wird, der im favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt.
  • In dem Beispiel der 5A und 5B liegt der Betriebspunkt 120 in einem Bereich mit höherem Feuchtigkeitsgehalt auf einer Seite einer höherer Feuchtigkeitsgehalt-Grenzlinie 111 des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112, wo der Feuchtigkeitsgehalt höher als auf der anderen Seite ist. In diesem Fall wird die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 intensiv frühzeitig verwendet, um einen Spülprozess in der Brennstoffzelle 30 auszuführen. Wenn dagegen der Betriebspunkt 120 in einem Bereich mit niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt auf einer Seite einer niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt-Grenzlinie 112 des Betriebsbereichs auf Seiten des niedrigeren SOC 112 liegt, wo der Feuchtigkeitsgehalt niedriger ist als auf der anderen Seite, wird die Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 intensiv frühzeitig dazu verwendet, um einen Befeuchtungsprozess bzw. Befeuchtungsvorgang in der Brennstoffzelle 30 auszuführen. Der Befeuchtungsprozess wird durch die Befeuchtungseinheit 34 durchgeführt. Beispielsweise wird die Öffnung des Staudruck-Regelventils 62 eingestellt, oder der Betrieb der Kühlmittelzirkulationspumpe wird gesteuert.
  • 8A zeigt nachfolgend den Fall, in welchem der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 gut ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 jedoch nicht zufriedenstellend ist. 8B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teiles des Betriebsbereichs auf Seiten des höheren SOC 114 des favorisierten Konventionsbereichs 96, wobei ein Betriebspunkt 130 die augenblicklichen Zustände darstellt. Die Bezugszeichen 132, 134 und 140 bezeichnen Betriebspunkte, zu welchen der Betriebspunkt 130 verschoben wird, wenn die benötigte Leistung der Brennstoffzelle 30 und der Speichervorrichtung 14 wie nachfolgend dargestellt zugemessen wird. Der Betriebspunkt 130 wird zu den Betriebspunkten 132 und 134 entsprechend dem Ablauf nach 4 verschoben, und wird zum Betriebspunkt 140 entsprechend dem Stand der Technik verschoben, was in 8 zu Vergleichszwecken dargestellt ist.
  • Wie in den 8A und 8B gezeigt, liegt der augenblickliche Arbeits- bzw. Betriebspunkt 130 im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114. Wenn jedoch nur der Betriebspunkt 130 betrachtet wird, zeigt dieser, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 B3 übersteigt und nicht im optimalen Bereich als empfohlenen Betriebsbereich liegt, und dass der SOC als Ladezustand der Speichervorrichtung 14 auf einem ausreichend hohen Niveau liegt, jedoch nicht im optimalen Bereich als empfohlenen Betriebsbereich liegt. Verglichen mit dem empfohlenen Kombinationsbereich 96 liegt der Betriebspunkt 130 im empfohlenen Kombinationsbereich 96 jedoch außerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs 110 als optimaler Kombinationsbereich, was bedeutet, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 30 nicht im optimalen Zustand ist. Aus der Sicht des Anwenders kann das Brennstoffzellensystem nicht in der Lage sein, die benötigte Leistung 92 zu erzeugen, oder eine Leistung die vom Anwender gewünscht wird. Beispiele für diesen Fall umfassen zum Beispiel den Fall, in welchem das Fahrzeug gestartet wird, oder den Fall in welchem das Fahrzeug in einem Batteriebetriebsmodus fährt, in dem das Fahrzeug mit der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 fährt.
  • Wenn das Fahrzeug gestartet wird, wurde die Speichervorrichtung 14 ausreichend von der Brennstoffzelle 30 geladen, und der SOC kann A3 übersteigen. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, wenn das Fahrzeug gestartet, wurde es als bevorzugt erachtet, das Fahrzeug mit der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 zu fahren, statt das Fahrzeug durch die Brennstoffzelle 30 anzutreiben, um den Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 10 als ganzes zu erhöhen. Dementsprechend wird die Brennstoffzelle 30 nicht betrieben und der Feuchtigkeitsgehalt kann ferner den optimalen Bereich zwischen B2 und B3 übersteigen. In diesem Fall kann das Fahrzeug gestartet werden, jedoch gibt es immer noch Spielraum für eine weitere Verbesserung des Feuchtigkeitsgehalts der Brennstoffzelle 30.
  • In ähnlicher Weise ist, in dem Fall wo das Fahrzeug vom Batteriebetriebsmodus, in welchem das Fahrzeug mit der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 fährt, ähnlich wie wenn das Fahrzeug gestartet wird, zum FC-Betriebsmodus umschaltet, in welchem das Fahrzeug mit der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 fährt, der SOC der Speichervorrichtung 14 auf einem ausreichend hohen Niveau, jedoch gibt es immer noch Spielraum für eine weitere Verbesserung des Feuchtigkeitsgehalts in der Brennstoffzelle 30.
  • In den vorstehend beschriebenen Fällen bezeichnet die Kombination, die durch den Betriebspunkt 130 dargestellt wird, dass der Ladezustand der Speichervorrichtung 14 ausreichend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 jedoch nicht ausreichend ist, gesehen vom Ausgabezustand des Brennstoffzellensystems 10 als ganzes. Verglichen mit dem favorisierten Kombinationsbereich 96 liegt der Betriebspunkt 130 als Kombination des Feuchtigkeitsgehalts und des SOC im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114, jedoch liegt der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 außerhalb des optimalen Bereichs.
  • Gemäß dem Stand der Technik kann das Fahrzeug weiterhin nur mit der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 ohne Betrieb der Brennstoffzelle 30 fahren. In diesem Fall sinkt der SOC der Speichervorrichtung 14 nach und nach, gleichwohl bleibt der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 auf gleichem Niveau. Als Ergebnis sinkt, wie in der vergrößerte Ansicht in 8B gezeigt, der Betriebspunkt unter eine höherer Feuchtigkeitsgehalt-Grenzlinie 113 des Betriebsbereichs auf Seiten des höheren SOC 114, und liegt außerhalb des Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114 als Teil des favorisierten Kombinationsbereichs 96. Dementsprechend kann das Brennstoffzellensystem, selbst mit den Bemühungen des Nutzers zum Erzeugen der Leistung 92, die benötigte Leistung 92 nicht erzeugen.
  • Gemäß dem Verfahren nach 4 wird ein Vorgang zum Verbessern des Kombinationszustands in Schritt S18 ausgeführt. Genauer gesagt wird der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 auf den optimalen Bereich geregelt, so dass der Betriebspunkt im Betriebsbereich auf Seiten des höheren SOC 114 als Teil des favorisierten Kombinationsbereichs 96 bleibt. Hierbei wird der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle 30 unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 verbessert, so dass der Betriebspunkt 130, der die augenblickliche Kombination darstellt, im favorisierten Kombinationsbereich 114 bleibt und der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 wird auf den optimalen Bereich gesteuert. In diesem Beispiel wird nämlich ein Spülprozess bzw. Spülvorgang in der Brennstoffzelle 30 unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 ausgeführt. Der Spülprozess wird durch die Spüleinheit 132 durchgeführt und umfasst einen Schritt zum Erhöhen der Drehzahl des ACP (Luftkompressor) 70, wie vorstehend beschrieben.
  • In dem Beispiel der 8A und 8B wird zunächst ein Vorgang zum Bereitstellen lediglich der Leistung der Speichervorrichtung 14 zum Erzielen der benötigten Leistung ohne Betreiben der Brennstoffzelle 30 ausgeführt. Daher bleibt der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 auf dem gleichen Niveau und der SOC der Speichervorrichtung 14 wird verringert. Wenn der Kombinationszustand einen Betriebspunkt 132 unmittelbar vor der Grenzlinie 113 oder auf der Grenzlinie 113 erreicht, wird ein Spülprozess ausgeführt, um den Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 zu senken und den Betriebspunkt, der den Kombinationszustand anzeigt, in eine Richtung parallel zur Grenzlinie 113 zu bewegen. Der Spülprozess kann lediglich unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 ausgeführt werden, oder die benötigte Leistung für den Spülprozess kann der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 und der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 zugemessen werden. Der Betriebspunkt 134 bezeichnet einen Zustand, der aus der Zumessung der Leistung resultiert. Wenn der Leistungszumessungsvorgang derart ausgeführt wird, kann der Kombinationszustand im favorisierten Kombinationsbereich gehalten werden, und der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 kann auf ein bevorzugtes Niveau gesteuert werden, um näher am optimalen Bereich zu liegen.
  • 9 zeigt ein anderes Beispiel der Leistungszumessung. In diesem Beispiel wird ein Spülprozess zum Bewegen des Kombinationszustands vom Ausgangsbetriebspunkt 130 in eine Richtung parallel zur Grenzlinie 113 ausgeführt. Der Spülprozess kann lediglich unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 ausgeführt werden, oder die benötigte Leistung für den Spülprozess kann der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle 30 und der Leistungsausgabe der Speichervorrichtung 14 zugemessen werden. Ein Betriebspunkt 136 bezeichnet einen Zustand, der aus der Leistungszumessung resultiert. Wenn der Leistungszumessungsvorgang derart ausgeführt wird, kann der Kombinationszustand im favorisierten Kombinationsbereich gehalten werden, und der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 30 kann auf ein bevorzugtes Niveau gesteuert werden, um näher am optimalen Bereich zu liegen.
  • Die 8A und 8B zeigen den Fall, wo der Betriebspunkt 133 in der Nähe der höhere Feuchtigkeitsgehalt-Grenzlinie 113 des Betriebsbereichs auf Seiten des höheren SOC 114 liegt, und der Spülprozess in diesem Fall in der Brennstoffzelle 30 ausgeführt wird. Wenn dagegen der Betriebspunkt 130 im näher an der niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt-Grenzlinie des Betriebsbereichs auf Seiten des höheren SOC 114 liegt, wird ein Befeuchtungsprozess in der Brennstoffzelle 30 ausgeführt. Der Befeuchtungsprozess wird durch die Befeuchtungseinheit 34 ausgeführt und umfasst beispielsweise das Einstellen der Öffnung des Staudruck-Regelventils 72 oder Steuern des Betriebs der Kühlmittelzirkulationspumpe.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Steuern eines an einem Fahrzeug installierten Brennstoffzellensystems (10), aufweisend: Schätzen und Ermitteln eines Wasserverteilungszustands einer Brennstoffzelle (30); Ermitteln eines Ladezustands einer Speichereinrichtung (14); Festlegen eines favorisierten Kombinationsbereichs (96) als einen Kombinationsbereich, in welchem eine Kombination des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle (30) und des Ladezustands der Speichereinrichtung (14) für die benötigte Leistung des Fahrzeugs geeignet ist, ausgehend von vorgegebenen Kriterien; und Bestimmen, ob eine augenblickliche Kombination aus dem ermittelten Wasserverteilungszustand und dem ermittelten Ladezustand in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass der favorisierte Kombinationsbereich (96) durch Hinzufügen eines auf einer Seite eines niedrigeren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs (112) und eines auf einer Seite eines höheren Ladezustands gelegenen Betriebsbereichs (114) zu einem optimalen Bereich (110) erhalten wird, in welchem der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt und der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) in einem empfohlenen Betriebsbereich liegt; wobei das Verfahren weiter aufweist: Verbessern des Wasserverteilungszustands der Brennstoffzelle (30) unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14), wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt, um die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich (96) zu bewegen, wobei, selbst in einem Fall, bei dem der Wasserverteilungszustand in einem zulässigen Betriebsbereich liegt, in welchem die Brennstoffzelle (30) ohne Verschlechterung der Eigenschaften der Brennstoffzelle (30) betrieben werden kann, und der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) in einem zulässigen Betriebsbereich liegt, in welchem die Speichereinrichtung (14) ohne Verschlechterung der Eigenschaften der Speichereinrichtung (14) betrieben werden kann, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) verbessert wird, wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt, in welchem das Brennstoffzellensystem die benötigte Leistung durch eine geeignete Bestimmung eines Anteils zwischen der Leistungsausgabe der Brennstoffzelle (30) und der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) zur Verfügung stellen, ohne dass es zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Brennstoffzelle (30) oder einer Verschlechterung der Eigenschaften der Speichervorrichtung (14) kommt, um die augenblickliche Kombination in den favorisierten Kombinationsbereich (96) zu bewegen; und wobei, selbst in einem Fall, bei dem der Wasserverteilungszustand in dem empfohlenen Betriebsbereich liegt, wenn die augenblickliche Kombination nicht in dem favorisierten Kombinationsbereich (96) liegt und der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) niedriger als der empfohlene Betriebsbereich ist, die Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) konzentriert genutzt wird, um einen Spülbetrieb für die Brennstoffzelle (30) durchzuführen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn das Fahrzeug gestartet wird oder unter Verwendung der Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) in einem Batteriebetriebsmodus fährt und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) auf einem zufriedenstellenden Niveau ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) jedoch nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) verbessert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand höchster Leistung befindet oder die Brennstoffzelle (30) von einem Zustand, in welchem der Betrieb der Brennstoffzelle (30) gestoppt war, zu einem Zustand, in welchem der Betrieb wieder aufgenommen wird, übergeht und bestimmt wird, dass die augenblickliche Kombination dergestalt ist, dass der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) auf einem nicht zufriedenstellenden Niveau ist und der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) nicht zufriedenstellend ist, der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) unter Verwendung einer Leistungsausgabe der Speichereinrichtung (14) verbessert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) ein Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit ist, ein Luftkompressor (70) betätigt wird, der ein Spülgas zuführt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Luftkompressor (70), der ein Spülgas zuführt, betätigt wird, wenn der Ladezustand der Speichereinrichtung (14) auf einem nicht zufriedenstellenden Niveau ist und der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) ein Zustand übermäßig hoher Feuchtigkeit ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, ein Öffnungsgrad eines Staudruck-Regelventils (72) der Brennstoffzelle (30) eingestellt wird, um einen Staudruck der Brennstoffzelle (30) zu erhöhen und den Wasserverteilungszustand zu verbessern.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn der Wasserverteilungszustand der Brennstoffzelle (30) ein Zustand übermäßig geringer Feuchtigkeit ist, ein Betrieb einer Kühlmittelzirkulationspumpe (80) für die Brennstoffzelle (30) gesteuert wird, um die Temperatur der Brennstoffzelle (30) zu senken und den Wasserverteilungszustand zu verbessern.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die augenblickliche Kombination in den optimalen Bereich (110) bewegt wird.
  9. Brennstoffzellensystem (10) für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Brennstoffzelle (30), eine Speichereinrichtung (14), einen Luftkompressor (70), ein Staudruck-Regelventil (72), eine Kühlmittelzirkulationspumpe (80), und einen Controller (90), dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (90) derart ausgestaltet ist, dass er das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.
DE112011101707.3T 2010-05-20 2011-05-09 Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem Active DE112011101707B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-116015 2010-05-20
JP2010116015A JP5510060B2 (ja) 2010-05-20 2010-05-20 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
PCT/IB2011/000971 WO2011144978A2 (en) 2010-05-20 2011-05-09 Fuel cell system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE112011101707T5 DE112011101707T5 (de) 2013-03-28
DE112011101707T8 DE112011101707T8 (de) 2013-08-29
DE112011101707B4 true DE112011101707B4 (de) 2017-01-12

Family

ID=44627255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112011101707.3T Active DE112011101707B4 (de) 2010-05-20 2011-05-09 Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8617757B2 (de)
JP (1) JP5510060B2 (de)
CN (1) CN102906922B (de)
DE (1) DE112011101707B4 (de)
WO (1) WO2011144978A2 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012129081A (ja) * 2010-12-16 2012-07-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムの運転方法
JP5678021B2 (ja) * 2012-09-18 2015-02-25 本田技研工業株式会社 電力供給システム
CN103137992B (zh) * 2013-03-19 2015-09-23 中国东方电气集团有限公司 燃料电池系统的控制方法和装置
JP2015185338A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、方法
CN105186602B (zh) * 2015-08-14 2018-07-06 中国东方电气集团有限公司 控制供电系统输出的方法、装置及系统
CN107512191B (zh) * 2017-09-13 2024-01-23 无锡商业职业技术学院 一种用于氢燃料电池电动汽车的实验装置
US10916788B2 (en) 2019-01-31 2021-02-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Hydrogen supply system low pressure state estimator
DE102022206485A1 (de) * 2022-06-28 2023-12-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems.
CN116154227B (zh) * 2023-04-20 2023-07-07 上海氢晨新能源科技有限公司 车辆用燃料电池的排水控制方法和车辆

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090162710A1 (en) * 2006-10-18 2009-06-25 Shigeto Kajiwara Fuel cell system

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001256988A (ja) * 2000-03-08 2001-09-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法
DE10146943B4 (de) * 2001-09-24 2017-05-24 General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
JP4608892B2 (ja) * 2003-02-14 2011-01-12 株式会社デンソー 燃料電池システム
US7318971B2 (en) 2003-02-14 2008-01-15 Denso Corporation Fuel cell system utilizing control of operating current to adjust moisture content within fuel cell
JP4626125B2 (ja) 2003-03-14 2011-02-02 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4749088B2 (ja) * 2005-08-26 2011-08-17 三洋電機株式会社 燃料電池発電装置の運転方法
JP5038646B2 (ja) * 2006-03-31 2012-10-03 本田技研工業株式会社 燃料電池自動車
JP2007294116A (ja) * 2006-04-21 2007-11-08 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP5256586B2 (ja) * 2006-06-05 2013-08-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7695839B2 (en) * 2006-10-16 2010-04-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for improved power up-transient response in the fuel cell system
JP2008282767A (ja) 2007-05-14 2008-11-20 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4930846B2 (ja) * 2007-07-17 2012-05-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
JP4543337B2 (ja) * 2007-10-16 2010-09-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8231989B2 (en) * 2007-10-26 2012-07-31 GM Global Technology Operations LLC Method for improving FCS reliability after end cell heater failure
JP5196246B2 (ja) * 2008-03-25 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5319176B2 (ja) * 2008-06-19 2013-10-16 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5380932B2 (ja) 2008-07-17 2014-01-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2010033975A (ja) * 2008-07-30 2010-02-12 Toyota Motor Corp 燃料電池システム、燃料電池自動車、燃料電池の制御方法および燃料電池自動車の制御方法
JP4834126B2 (ja) * 2009-05-07 2011-12-14 本田技研工業株式会社 移動装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090162710A1 (en) * 2006-10-18 2009-06-25 Shigeto Kajiwara Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011243477A (ja) 2011-12-01
US8617757B2 (en) 2013-12-31
DE112011101707T8 (de) 2013-08-29
DE112011101707T5 (de) 2013-03-28
WO2011144978A2 (en) 2011-11-24
CN102906922B (zh) 2015-05-06
CN102906922A (zh) 2013-01-30
WO2011144978A3 (en) 2012-01-26
US20130065150A1 (en) 2013-03-14
JP5510060B2 (ja) 2014-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011101707B4 (de) Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE112007002405B4 (de) Verfahren zum Ausspülen von Wasser aus einem Brennstoffzellensystem
DE102007048867B4 (de) Verfahren zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem
DE112007002394B4 (de) Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE102012207789B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Regeln/Steuern des Brennstoffzellensystems
DE112006001747B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Messen einer Impedanz
DE102007044640B4 (de) Verfahren zur adaptiven Vorhersage einer Stapelspannung in Kraftfahrzeug-Brennstoffzellensystemen und Brennstoffzellensystem
DE112008003416B4 (de) Brennstoffbatterie-System
DE112008000838B4 (de) Brennstoffzellensystem und Leistungserzeugungs-Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem
DE112007002792B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008003004B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Verringerung des Stroms derselben
DE102017109410B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE112008001827B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Steuerung
DE102012215944B4 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE112008002649B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102012215943A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE112010002074T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems
DE102012208199A1 (de) Brennstoffzellen-Fahrzeug
DE10316833A1 (de) Leistungsversorgungssystem und Steuerungsverfahren
DE102012203344A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE112007002655T5 (de) Brennstoffzellensystem, Steuerungsverfahren für dasselbe und bewegbarer Körper
DE102012207632A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015119429B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE112014005128B4 (de) Lastantriebsbrennstoffzellensystem mit zwei Leistungsversorgungen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008042910

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence