DE112015004029T5

DE112015004029T5 - Brennstoffzellensystem und steuerungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112015004029T5
Application number: DE112015004029.3T
Authority: DE
Inventors: Keita Yamaue; Shuya Kawahara; Shigeki Hasegawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-05-18
Also published as: JP2016054056A; WO2016035465A1

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem ist mit einem Brennstoffzellenstapel (10), einem Wasserstoffgaszufuhrweg (31), der mit einem Einlass eines Wasserstoffgaskanals (30) verbunden ist, der im Brennstoffzellenstapel (10) ausgebildet ist, und einem Wasserstoffgaszufuhrventil (35) versehen, das im Wasserstoffgaszufuhrweg (31) angeordnet ist und dem Brennstoffzellenstapel (10) Wasserstoffgas aussetzend in vorbestimmten Zeitintervallen zuführt, wobei das Wasserstoffgaszufuhrventil (35) eine Zufuhrrate und eine Zufuhrdauer ändern kann, während es das Zeitintervall beibehält. Es wird geurteilt, ob der Brennstoffzellenstapel (10) eine schlechte Stromerzeugung zeigt. Falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt, wird eine Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz durchgeführt, bei der die Zufuhrrate groß und die Zufuhrdauer kurz eingestellt wird, um dadurch eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass des Brennstoffgaswegs (31) und einem Auslass des Brennstoffgaswegs (31) zu erhöhen, während eine Menge des Brennstoffgases, die den Brennstoffzellenstapel (10) zugeführt wird, im Wesentlichen beibehalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerungsverfahren dafür.
Stand der Technik
Es ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das mit einem Brennstoffzellenstapel, der durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom erzeugt, und einer Wasserstoffzufuhrsteuerung versehen ist, die eine Durchflussmenge an Wasserstoff, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, steuert, und das die Durchflussmenge an Wasserstoff, der dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, um einen vorbestimmten Betrag erhöht, falls geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel eine Überflutung aufgetreten ist (siehe zum Beispiel PLT 1). Falls in diesem Brennstoffzellensystem geurteilt wird, dass in dem Stapel keine Überflutung aufgetreten ist, wird dem Brennstoffzellenstapel Wasserstoff mit einer Durchflussmenge zugeführt, die einem erforderlichen elektrischen Strom entspricht. Außerdem steht in 1 von PLT 1 ein Auslass eines Wasserstoffkanals, der in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist, mit der Atmosphäre in Verbindung.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PLT 1: JP 2004-152532 A
PLT 2: JP 2001-148253 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn in dem Brennstoffzellensystem von PLT 1 geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel eine Überflutung aufgetreten ist, wird dem Brennstoffzellenstapel jedoch überschüssiger Wasserstoff zugeführt. Dieser überschüssige Wasserstoff geht schließlich jedoch durch den Brennstoffzellenstapel hindurch, das heißt er wird aus dem Brennstoffzellenstapel ausgestoßen, ohne dass er zur Stromerzeugung beiträgt. Das heißt, dass der Wasserstoff nicht effektiv genutzt werden kann. Daher ist nach einer neuen Technik gesucht worden, die das Leistungsvermögen des Brennstoffzellenstapels zuverlässig wiederherstellt, während dem Wasserstoff ermöglicht wird, effektiv genutzt zu werden.
Lösung des Problems
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, das Folgendes umfasst: einen Brennstoffzellenstapel, der so gestaltet ist, dass er durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas elektrischen Strom erzeugt; einen Brennstoffgaszufuhrweg, der mit einem Einlass eines Brennstoffgaskanals verbunden ist, der in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist; ein Brennstoffgaszufuhrventil, das im Brennstoffgaszufuhrweg angeordnet ist und so gestaltet ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel das Brennstoffgas aussetzend in einem vorbestimmten Zeitintervall zuführt, wobei das Brennstoffgaszufuhrventil dazu imstande ist, eine Zufuhrrate und eine Zufuhrdauer zu ändern, während es das Zeitintervall beibehält; und eine Steuerung, die so gestaltet ist, dass sie: urteilt, ob der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt; eine normale Steuerung durchführt, bei der die Zufuhrrate auf eine Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer auf eine Basiszufuhrdauer eingestellt wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel keine schlechte Stromerzeugung zeigt; und eine Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz durchführt, bei der die Zufuhrrate größer als die Basiszufuhrrate eingestellt wird und die Zufuhrdauer kürzer als die Basiszufuhrdauer eingestellt wird, um dadurch eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass des Brennstoffgaskanals und einem Auslass des Brennstoffgaskanals zu erhöhen, während eine Menge des Brennstoffgases, die dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, im Wesentlichen beibehalten wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt, wobei das System Folgendes umfasst: einen Brennstoffzellenstapel, der so gestaltet ist, dass er durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas elektrischen Strom erzeugt; einen Brennstoffgaszufuhrweg, der mit einem Einlass eines Brennstoffgaskanals verbunden ist, der in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist; und ein Brennstoffgaszufuhrventil, das im Brennstoffgaszufuhrweg angeordnet ist und so gestaltet ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel das Brennstoffgas aussetzend in einem vorbestimmten Zeitintervall zuführt, wobei das Brennstoffgaszufuhrventil dazu imstande ist, eine Zufuhrrate und eine Zufuhrdauer zu ändern, während es das Zeitintervall beibehält, und das Verfahren Folgendes umfasst: Urteilen durch die Steuerung, ob der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt; Durchführen einer normalen Steuerung durch die Steuerung, bei der die Zufuhrrate auf eine Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer auf eine Basiszufuhrdauer eingestellt wird, falls geurteilt wird, das der Brennstoffzellenstapel keine schlechte Stromerzeugung zeigt; und Durchführen einer Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz durch die Steuerung, bei der die Zufuhrrate größer als die Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer kürzer als Basiszufuhrdauer eingestellt wird, um dadurch eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass des Brennstoffgaskanals und einem Auslass des Brennstoffgaskanals zu erhöhen, während eine Menge des Brennstoffgases, die dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, im Wesentlichen beibehalten wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Es ist möglich, das Stromerzeugungsvermögen eines Brennstoffzellenstapels zuverlässig wiederherzustellen, während Brennstoffgas effektiv genutzt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Gesamtansicht eines Brennstoffzellensystems.
2 ist eine Zeittafel, die einen Betrieb eines Wasserstoffgaszufuhrventils erläutert.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Wasserstoffgaszufuhrventils zeigt.
4 ist eine Zeittafel, die eine Wasserstoffgaszufuhrrate eines Wasserstoffgaszufuhrventils zeigt.
5 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld einer relativen Basiseinschaltdauer DRb zeigt.
6 ist eine Zeittafel, die eine normale Steuerung erläutert.
7 ist eine Zeittafel, die eine Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz erläutert.
8 ist eine Zeittafel, die ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Durchführen einer Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt.
10 ist eine Zeittafel, die ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Durchführen einer Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt.
12 ist eine Zeittafel, die ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert.
13 ist eine Zeittafel, die eine Routine zum Durchführen einer Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt.
14 ist eine Zeittafel, die eine Einlassdruck-Unterdrückungssteuerung erläutert.
15 ist Ablaufdiagramm, das eine Routine zum Durchführen der Einlassdruck-Unterdrückungssteuerung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Wie aus 1 hervorgeht, ist ein Brennstoffzellensystem A mit einem Brennstoffzellenstapel 10 versehen. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist mit einer Vielzahl von Einheitsbrennstoffzellen 10a versehen, die abwechselnd entlang einer Stapelrichtung LS aufgestapelt sind. Jede Einheitsbrennstoffzelle 10a weist eine Membran-Elektroden-Einheit 20 auf. Die Membran-Elektroden-Einheit 20 ist mit einem schichtförmigen Elektrolyt, einer Anode, die auf einer Seite des Elektrolyten ausgebildet ist, und einer Kathode, die auf der anderen Seite des Elektrolyten ausgebildet ist, versehen.
Die Anoden und Kathoden der Einheitsbrennstoffzellen 10a sind jeweils elektrisch in Reihe geschaltet, sodass sie Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10 ausbilden. Die Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10 sind elektrisch über einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 mit einem Wechselrichter 12 verbunden, während der Wechselrichter 12 elektrisch mit einem Motor-Generator 13 verbunden ist. Zudem ist das Brennstoffzellensystem A mit einem Speicher 14 versehen. Dieser Speicher 14 ist elektrisch über einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 15 mit dem oben genannten Wechselrichter 12 verbunden. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 dient dazu, eine Spannung vom Brennstoffzellenstapel 10 zu erhöhen und sie dem Wechselrichter 12 zuzusenden. Der Wechselrichter 12 dient dazu, den Gleichstrom vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 oder Speicher 14 in Wechselstrom umzuwandeln. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 15 senkt die Spannung vom Brennstoffzellenstapel 10 oder Motor-Generator 13 zum Speicher 14 oder erhöht die Spannung vom Speicher 14 zum Motor-Generator 13. Es ist zu beachten, dass der Speicher 14 in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem A aus einer Batterie besteht.
Außerdem sind in jeder Einheitsbrennstoffzelle 10a jeweils ein Wasserstoffgasströmungskanal 30a, um der Anode ein Brennstoffgas zuzuführen, das durch Wasserstoffgas gebildet wird, und ein Luftströmungskanal 40a ausgebildet, der der Kathode ein Oxidationsgas zuführt, das durch Luft gebildet wird. Zwischen zwei benachbarten Einheitsbrennstoffzellen 10a ist ein Kühlwasserströmungskanal 50a ausgebildet, um den Einheitsbrennstoffzellen 10a Kühlwasser zuzuführen. Durch jeweiliges paralleles Verbinden der Wasserstoffgasströmungskanäle 30a, Luftströmungskanäle 40a und Kühlwasserströmungskanäle 50a einer Vielzahl von Einheitsbrennstoffzellen 10a wird der Brennstoffzellenstapel 10 jeweils mit einem Wasserstoffgaskanal 30, einem Luftkanal 40 und einem Kühlwasserkanal 50 ausgebildet. In dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, sind die Einlässe und Auslässe des Wasserstoffgaskanals 30, des Luftkanals 40 und des Kühlwasserkanals 50 in der Stapelrichtung LS an einem Ende des Brennstoffzellenstapels 10 angeordnet.
In dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, sind die Einlässe und die Auslässe der Wasserstoffgasströmungskanäle 30a und die Auslässe und die Einlässe der Luftströmungskanäle 40a jeweils nebeneinander angeordnet, weswegen die Richtung des Wasserstoffgases, das durch das Innere der Wasserstoffgasströmungskanäle 30a strömt, und die Richtung der Luft, die durch das Innere der Luftströmungskanäle 40a strömt, im Wesentlichen entgegengesetzt sind. Das heißt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 aus einem Gegenstrom-Brennstoffzellenstapel besteht. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel sind die Einlässe und die Auslässe der Wasserstoffgasströmungskanäle 30a und die Einlässe und die Auslässe der Luftströmungskanäle 40a nebeneinander angeordnet, weswegen die Richtung des Wasserstoffgases, das durch das Innere der Wasserstoffgasströmungskanäle 30a strömt, und die Richtung der Luft, die durch das Innere der Luftströmungskanäle 40a strömt, im Wesentlichen zueinander gleich sind. In diesem Fall besteht der Brennstoffzellenstapel 10 aus einem Parallelstrom-Brennstoffzellenstapel.
Mit dem Einlass des Wasserstoffgaskanals 30 ist ein Wasserstoffgaszufuhrweg 31 verbunden. Der Wasserstoffgaszufuhrweg 31 ist mit einer Wasserstoffgasquelle, zum Beispiel einem Wasserstofftank 32, verbunden. Im Wasserstoffgaszufuhrweg 31 sind von der stromaufwärtigen Seite aus nacheinander ein elektromagnetisches Absperrventil 33, ein Regler 34, der im Wasserstoffzufuhrweg 31 einen Druck einstellt, und ein elektromagnetisches Wasserstoffgaszufuhrventil 35, um dem Brennstoffzellenstapel 10 aus der Wasserstoffgasquelle 32 Wasserstoffgas zuzuführen, angeordnet. Andererseits ist mit dem Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 ein Spülkanal 36 verbunden. Im Spülkanal 36 sind von der stromaufwärtigen Seite aus nacheinander ein Puffertank 37 und ein elektromagnetisches Spülungssteuerventil 38 angeordnet. Falls das Absperrventil 33 und das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 offen sind, wird Wasserstoffgas in der Wasserstoffgasquelle 32 durch den Wasserstoffgaszufuhrweg 31 dem Inneren des Wasserstoffgaskanals 30 im Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Gas, das dabei aus dem Wasserstoffgaskanal 30 herausströmt, das heißt Anodenabgas, strömt durch den Spülkanal 36 in das Innere des Puffertanks 37 und sammelt sich im Puffertank 37. Das Spülungssteuerventil 38 ist normalerweise geschlossen und es wird periodisch für eine kurze Zeitdauer geöffnet. Falls das Spülungssteuerventil 38 geöffnet ist, wird das Anodenabgas im Puffertank 37 zur Atmosphäre ausgelassen.
In dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, steht der Auslass des Spülkanals 36 mit der Atmosphäre in Verbindung. Das heißt, dass der Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 nicht mit dem Wasserstoffgaszufuhrweg 31 in Verbindung steht und dass er daher von dem Wasserstoffgaszufuhrweg 31 getrennt ist. Das bedeutet, dass das Anodenabgas, das aus dem Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 ausströmt, nicht in den Wasserstoffgaszufuhrweg 31 zurückgeführt wird. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel ist der Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 über einen Wasserstoffgasrückführungskanal mit zum Beispiel dem Wasserstoffgaszufuhrweg 31 zwischen dem Regler 34 und dem Wasserstoffgaszufuhrventil 35 verbunden. Im Wasserstoffgasrückführungskanal sind von der stromaufwärtigen Seite aus nacheinander ein Gas-Flüssigkeit-Abscheider und eine Wasserstoffgasrückführungspumpe angeordnet, die das vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider abgeschiedene Wasserstoffgas zum Wasserstoffgaszufuhrweg 31 pumpt. In diesem Fall wird das Anodenabgas, das das Wasserstoffgas enthält, durch den Wasserstoffgasrückführungskanal zum Wasserstoffgaszufuhrweg 31 zurückgeführt. Dadurch wird dem Brennstoffzellenstapel 10 vom Wasserstoffgaszufuhrventil 35 aus ein Gemisch des Wasserstoffgases aus der Wasserstoffgasquelle 32 und des Wasserstoffgases aus dem Wasserstoffgasrückführungskanal zugeführt. Im Vergleich mit diesem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel fehlen in dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, der Wasserstoffgasrückführungskanal, die Wasserstoffgasrückführungspumpe usw. Dadurch ist die Gestaltung in dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem A schlanker, die Kosten sind geringer, und es wird kein Raum für den Wasserstoffgasrückführungskanal usw. benötigt.
Außerdem ist mit dem Einlass des Luftkanals 40 ein Luftzufuhrweg 41 verbunden. Der Luftzufuhrweg 41 ist mit einer Luftquelle, zum Beispiel der Atmosphäre 42, verbunden. Im Luftzufuhrweg 41 sind von der stromaufwärtigen Seite aus nacheinander ein Gasfilter 43, ein Luftzuführer oder Verdichter 44, um Luft zuzuführen, und ein Zwischenkühler 45, um die Luft, die vom Verdichter 44 zum Brennstoffzellenstapel 10 gesandt wird, zu kühlen, angeordnet. Andererseits ist mit dem Auslass des Luftkanals 40 ein Kathodenabgaskanal 46 verbunden. Wenn der Verdichter 44 angetrieben wird, wird Luft durch den Luftzufuhrweg 41 dem Inneren des Luftkanals 40 im Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Dabei strömt Gas, das aus dem Luftkanal 40 ausströmt, das heißt Kathodenabgas, in den Kathodenabgaskanal 46. Im Kathodenabgaskanal 46 ist ein elektromagnetisches Kathodenabgassteuerventil 47 angeordnet, das die Menge an Kathodenabgas steuert, das durch das Innere des Kathodenabgaskanals 46 strömt.
Wie aus 1 hervorgeht, ist darüber hinaus mit dem Einlass des Kühlwasserkanals 50 ein Ende eines Kühlwasserzufuhrwegs 51 verbunden, während das andere Ende des Kühlwasserzufuhrwegs 51 mit dem Auslass des Kühlwasserkanals 50 verbunden ist. Im Kühlwasserzufuhrweg 51 sind eine Kühlwasserpumpe 52, die Kühlwasser pumpt, und ein Kühler 53 angeordnet. Der Kühlwasserzufuhrweg 51 stromauf vom Kühler 53 und der Kühlwasserzufuhrweg 51 zwischen dem Kühler 53 und der Kühlwasserpumpe 52 sind miteinander durch einen Kühlerumgehungskanal 54 verbunden. Außerdem ist ein Kühlerumgehungssteuerventil 55 vorgesehen, das die Menge an Kühlwasser steuert, die durch das Innere des Kühlerumgehungskanals 54 strömt. In dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, ist das Kühlerumgehungssteuerventil 55 aus einem Drei-Wege-Ventil ausgebildet und am Auslass des Kühlerumgehungskanals 54 angeordnet. Wenn die Kühlwasserpumpe 52 angetrieben wird, strömt das aus der Kühlwasserpumpe 52 ausgestoßene Kühlwasser durch den Kühlwasserzufuhrweg 51 ins Innere des Kühlwasserkanals 50 im Brennstoffzellenstapel 10, als Nächstes geht es durch den Kühlwasserkanal 50 und strömt in das Innere des Kühlwasserzufuhrwegs 51, und dann wird es durch den Kühler 53 oder den Kühlerumgehungskanal 54 zur Kühlwasserpumpe 52 zurückgeführt.
Eine elektronische Steuereinheit 60 ist ein Digitalcomputer, der aus Bestandteilen besteht, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 61 verbunden sind, etwa aus einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 62, einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 63, einer CPU (Mikroprozessor) 64, einem Eingabebaustein 65 und einem Ausgabebaustein 66. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist mit einem Spannungsmesser 16 und einem Strommesser 17, die jeweils eine Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels 10 erfassen, und einem Konzentrationssensor 18 versehen, der eine Konzentration an Wasserstoffgas im Wasserstoffgaskanal 30 erfasst. Der Konzentrationssensor 18 ist zum Beispiel an dem Wasserstoffgasströmungskanal 30a in der Einheitsbrennstoffzelle 10a vorgesehen, die am weitesten von dem Einlass und Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 entfernt liegt. Außerdem ist an dem Wasserstoffgaszufuhrweg 31 neben dem Einlass des Wasserstoffgaskanals 30 ein Drucksensor 19i angebracht, der einen Druck am Einlass des Wasserstoffgaskanals 30 erfasst, während an dem Spülkanal 36 neben dem Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 ein Drucksensor 19o angebracht ist, der einen Druck am Auslass des Wasserstoffgaskanals 30 erfasst. Die Ausgangssignale des Spannungsmessers 16, des Strommessers 17, des Konzentrationssensors 18 und der Drucksensoren 19i, 19o werden über entsprechende Analog-Digital-Wandler 67 in den Eingabebaustein 65 eingegeben. Andererseits ist der Ausgabebaustein 66 elektrisch über entsprechende Ansteuerungsschaltungen 68 mit dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11, dem Wechselrichter 12, dem Motor-Generator 13, dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 15, dem Absperrventil 33, dem Regler 34, dem Wasserstoffgaszufuhrventil 35, dem Spülungssteuerventil 38, dem Verdichter 44, dem Kathodenabgassteuerventil 47, der Kühlwasserpumpe 52 und dem Kühlerumgehungssteuerventil 55 verbunden.
Das oben erwähnte Wasserstoffgaszufuhrventil 35 führt dem Brennstoffzellenstapel 10 aussetzend in einem vorbestimmten konstanten Zeitintervall Wasserstoffgas zu. Das heißt, dass das Wasserstoffgaszufuhrventil 35, wie in 2 gezeigt ist, bei jedem Zeitintervall INT für eine Öffnungsdauer dtOP geöffnet wird, um Wasserstoffgas zuzuführen, und dass es als Nächstes für eine Schließdauer dtCL (= INT – dtOP) geschlossen wird, um die Wasserstoffgaszufuhr zu beenden. Falls in diesem Fall das Verhältnis der Öffnungsdauer dtOP zum Intervall INT, das heißt eine relative Einschaltdauer DR (= dtOP/INT, 0 ≤ DR ≤ 1) geändert wird, ändert sich die Menge an Wasserstoffgas, die dem Brennstoffzellenstapel 10 vom Wasserstoffgaszufuhrventil 35 zugeführt wird. Falls die relative Einschaltdauer DR kleiner wird, wird im Einzelnen die Öffnungsdauer dtOP (= INT·DR) kürzer und die Menge an Wasserstoffgas, die vom Wasserstoffgaszufuhrventil 35 zugeführt wird, kleiner. Falls die relative Einschaltdauer DR größer wird, wird dagegen die Öffnungszeit dtOP länger und die Menge an Wasserstoffgas vom Wasserstoffgaszufuhrventil 35 größer. Auf diese Weise stellt die Öffnungsdauer dtOP eine Zufuhrdauer oder Zufuhrmenge des Wasserstoffgases dar. Es ist zu beachten, dass das Spülungssteuerventil 38 wie zuvor erläutert wiederholt geöffnet wird. Ein Öffnungszeitintervall dieses Spülungssteuerventils 38 wird deutlich länger als das Zeitintervall INT des Wasserstoffgaszufuhrventils 35 eingestellt.
3 zeigt ein Beispiel des in 1 gezeigten Wasserstoffgaszufuhrventils 35. In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, ist das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 mit einer Vielzahl von zum Beispiel drei elektromagnetischen Injektoren 35a, 35b und 35c versehen, die im Wasserstoffgaszufuhrweg 31 zueinander parallel angeordnet sind. Diese Injektoren 35a, 35b und 35c sind die gleichen. Ferner kann in dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, die Anzahl der Injektoren, die für die Zufuhr des Wasserstoffgases verwendet wird, geändert werden. Das heißt, es ist möglich, für die Zufuhr von Wasserstoffgas einen beliebigen der Injektoren 35a, 35b und 35c zu verwenden, es ist möglich, für die Zufuhr von Wasserstoffgas zwei beliebige der Injektoren 35a, 35b und 35c zu verwenden, und es ist möglich, für die Zufuhr von Wasserstoffgas sämtliche der Injektoren 35a, 35b und 35c zu verwenden. Dabei ist zu beachten, dass die Öffnungs- und Schließvorgänge dieser Injektoren 35a, 35b und 35c miteinander synchronisiert werden, wenn von zwei oder drei der Injektoren 35a, 35b und 35c Wasserstoffgas zugeführt wird. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel besteht das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 zum Beispiel aus einem einzelnen Injektor, der die Zufuhrrate ändern kann, indem er zum Beispiel eine Durchflussfläche ändert.
4 zeigt eine Wasserstoffgaszufuhrrate qH (zum Beispiel NL/min) von Wasserstoffgas, das vom Wasserstoffgaszufuhrventil 35 aus mit der gleichen relativen Einschaltdauer DR, das heißt mit der gleichen Öffnungsdauer dtOP, zugeführt wird. In 4 zeigt die Kurve qH1 eine Wasserstoffgaszufuhrrate, wenn für die Zufuhr von Wasserstoffgas ein beliebiger der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet wird, die Kurve qH2 zeigt eine Wasserstoffgaszufuhrrate, wenn für die Zufuhr von Wasserstoffgas zwei beliebige der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet werden, und die Kurve qH3 zeigt eine Wasserstoffgaszufuhrrate, wenn für die Zufuhr von Wasserstoffgas sämtliche der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet werden. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Wasserstoffgaszufuhrrate qH2 zu dem Zeitpunkt, wenn zwei beliebige der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet werden, etwa zwei Mal so groß wie die Wasserstoffgaszufuhrrate qH1 zu dem Zeitpunkt, wenn ein beliebiger der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet wird, während die Wasserstoffgaszufuhrrate qH3 zu dem Zeitpunkt, wenn sämtliche der Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet werden, etwa drei Mal so groß wie die Wasserstoffgaszufuhrrate qH1 ist.
Daher besteht das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 in dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, aus einem Wasserstoffgaszufuhrventil, das so gestaltet ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel 10 Wasserstoffgas aussetzend in einem vorbestimmten Zeitintervall INT zuführt, wobei das Wasserstoffgaszufuhrventil eine Zufuhrrate qH und eine Zufuhrdauer dtOP ändern kann, während es das Zeitintervall INT beibehält.
Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 Strom erzeugen sollte, werden das Absperrventil 33 und das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 geöffnet und dem Brennstoffzellenstapel 10 wird Wasserstoffgas zugeführt. Außerdem wird der Verdichter 44 betätigt und dem Brennstoffzellenstapel 10 wird Luft zugeführt. Dadurch findet in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine elektrochemische Reaktion (H₂ → 2H⁺ + 2e^–, (1/2)O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O) statt und es wird elektrischer Strom erzeugt. Der so erzeugte elektrische Strom wird zum Motor-Generator 13 gesandt. Dadurch wird der Motor-Generator 13 als ein elektrischer Motor zum Antreiben eines Fahrzeugs betätigt und das Fahrzeug angetrieben. Andererseits wird der Motor-Generator 13 zum Beispiel bei einer Fahrzeugbremsung als eine Wiedergewinnungsvorrichtung betrieben. Der elektrische Strom, der zu diesem Zeitpunkt wiedergewonnen wird, wird in dem Speicher 14 gespeichert. Wie oben erläutert wurde, wird, wenn die oben genannte elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel 10 stattfindet, an der Kathode des Brennstoffzellenstapels 14 Wasser erzeugt. Ein Teil dieses Wassers geht aufgrund des Luftstroms im Luftkanal 40 durch den Luftkanal 40, weswegen eine kathodenseitiger Teil der Membran-Elektroden-Einheit 20 mit Feuchtigkeit beaufschlagt wird. Das heißt, dass sich ein Feuchtigkeitsgrad des kathodenseitigen Teils erhöht. Außerdem geht ein Teil des Wassers weiter ins Innere des Luftkanals 40 und sammelt sich nahe am Auslass des Luftkanals 40. Ein Teil des Wassers, der sich nahe am Auslass des Luftkanals 40 sammelt, geht als Nächstes durch die Membran-Elektroden-Einheit 20 und bewegt sich zum Wasserstoffgaskanal 30. Der Brennstoffzellenstapel 10, der in 1 gezeigt ist, besteht, wie oben erläutert wurde, aus einem Gegenstrom-Brennstoffzellenstapel. Aus diesem Grund erreicht das Wasser aus dem Luftkanal 40 die Umgebung des Einlasses des Wasserstoffgaskanals 30. Wasser, das sich zur Umgebung des Einlasses des Wasserstoffgaskanals 30 bewegt hat, geht als nächstes aufgrund des Wasserstoffgasstroms im Wasserstoffgaskanal 30 durch den Wasserstoffgaskanal 30, wobei dann ein anodenseitiger Teil der Membran-Elektroden-Einheit 20 mit Feuchtigkeit beaufschlagt wird. Das heißt, dass sich auch der Feuchtigkeitsgrad des anodenseitigen Teils erhöht. Darüber hinaus geht ein Teil des Wassers weiter durch den Wasserstoffgaskanal 30 und sammelt sich in der Umgebung des Auslasses des Wasserstoffgaskanals 30. Darüber hinaus durchdringt ein Teil des Wassers, das sich in der Umgebung des Auslasses des Wasserstoffgaskanals 30 sammelt, die Membran-Elektroden-Einheit 20, er bewegt sich zur Umgebung des Einlasses des Luftkanals 40 und er geht als Nächstes durch den Luftkanal 40. Auf diese Weise wird in einem Gegenstrom-Brennstoffzellenstapel der Feuchtigkeitsgrad einer Membran-Elektroden-Einheit 20 insgesamt hoch gehalten, ohne dass Wasser von außerhalb des Brennstoffzellenstapels zugegeben wird.
Aufgrund verschiedener Gründe ist es in dieser Hinsicht wahrscheinlich, dass es in dem Brennstoffzellenstapel 10 zu einem Absinken des Stromerzeugungsvermögens des Brennstoffzellenstapels 10, das heißt zu einer schlechten Stromerzeugung, kommt. Daher wird in dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, geurteilt, ob der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt. Falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt, wird eine Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz, die später erläutert wird, durchgeführt, um dadurch das Stromerzeugungsvermögen des Brennstoffzellenstapels 10 wiederherzustellen. Falls andererseits geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 10 keine schlechte Stromerzeugung zeigt, wird eine normale Steuerung durchgeführt. Als Nächstes wird zunächst die normale Steuerung erläutert.
Bei der normalen Steuerung wird ein beliebiger der Injektoren 35a, 35b und 35c des Wasserstoffgaszufuhrventils 35 verwendet, um dem Brennstoffzellenstapel 10 Wasserstoffgas zuzuführen, und die relative Einschaltdauer DR wird auf eine relative Basiseinschaltdauer DRb eingestellt. Die relative Basiseinschaltdauer DRb ist zuvor im ROM 62 in Form eines Kennfelds, das in 5 gezeigt ist, als Funktion eines erforderlichen elektrischen Stroms REP gespeichert worden, der gemäß beispielsweise einem Niederdrückbetrag des Gaspedals bestimmt wird.
6 zeigt eine Änderung der Wasserstoffgaszufuhrrate qH aus dem Wasserstoffgaszufuhrventil 35 zum Zeitpunkt der normalen Steuerung. In 6 gibt S einen Wasserstoffgaszufuhrvorgang an, der durch einen Öffnungs-/Schließvorgang des Wasserstoffgaszufuhrventils 35 erfolgt. Bei der normalen Steuerung wird, wie in 6 gezeigt ist, bei jedem Wasserstoffgaszufuhrvorgang S Wasserstoffgas mit der Wasserstoffgaszufuhrrate qHn für eine Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSn zugeführt. Bei der normalen Steuerung wird für die Zufuhr von Wasserstoffgas der einzelne Injektor 35a, 35b oder 35c verwendet, sodass die Wasserstoffgaszufuhrrate qHn mit der oben erwähnten Wasserstoffgaszufuhrrate qH1 übereinstimmt, die unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. Andererseits bestimmt die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSn im Wesentlichen mit einer Basisöffnungsdauer dtOPb (= INT·DRb) überein, die der oben erwähnten relativen Basiseinschaltdauer DRb entspricht.
Wenn der Wasserstoffgaszufuhrvorgang S gestartet wird, erhöht sich außerdem, wie in 6 gezeigt ist, ein Druck am Einlass des Wasserstoffgaskanals 30, das heißt ein Einlassdruck PHi, während sich ein Druck am Auslass des Wasserstoffgaskanals 30, das heißt ein Auslassdruck PHo, ebenfalls erhöht. Wenn der Wasserstoffgaszufuhrvorgang S beendet wird, fallen der Einlassdruck PHi und der Auslassdruck PHo allmählich mit dem Verbrauch des Wasserstoffgases im Brennstoffzellenstapel 10. Auf diese Weise schwanken jeweils der Einlassdruck PHi und der Auslassdruck PHo. Dabei ist zu beachten, dass PHiM in 6 einen Maximalwert des Einlassdrucks PHi angibt. Wenn der Wasserstoffgaszufuhrvorgang S gestartet wird, nimmt der Einlassdruck PHi dabei rascher als Auslassdruck PHo zu, weswegen zwischen dem Einlassdruck PHi und dem Auslassdruck PHo eine Druckdifferenz PD (= Phi – PHo) auftritt.
Wie in 7 gezeigt ist, wird im Gegensatz dazu bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz bei jedem Wasserstoffgaszufuhrvorgang S das Wasserstoffgas mit der Wasserstoffgaszufuhrrate qHx für die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx zugeführt. Die Wasserstoffgaszufuhrrate qHx wird in diesem Fall größer als die Wasserstoffgaszufuhrrate qHn bei der normalen Steuerung eingestellt, während die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx kürzer als die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSn bei der normalen Steuerung eingestellt wird.
Bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz wird der Brennstoffzellenstapel 10 im Einzelnen mit Wasserstoffgas versorgt, indem eine Vielzahl von zum Beispiel drei Injektoren 35a, 35b und 35c verwendet wird. Dadurch stimmt die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz mit der oben genannten Wasserstoffgaszufuhrrate qH3 überein, die anhand von 4 erläutert wurde. Wenn das Verhältnis der Wasserstoffgaszufuhrrate qHx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz zur Wasserstoffgaszufuhrrate qHn bei der normalen Steuerung als eine Durchflussmengenerhöhungsrate IR bezeichnet wird, wird die Durchflussmengenerhöhungsrate IR dabei auf im Wesentlichen 3 eingestellt. Andererseits wird die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz ermittelt, indem die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSn bei der normalen Steuerung durch die oben genannte Durchflussmengenerhöhungsrate IR geteilt wird (dtSx = dtSn/IR). Das heißt, dass die Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz auf ein Drittel der Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSn bei der normalen Steuerung eingestellt wird, wenn die Durchflussmengenerhöhungsrate IR3 ist. Dies hält die Menge des Wasserstoffgases, die dem Brennstoffzellenstapel 10 durch einen einzelnen Wasserstoffgaszufuhrvorgang S zugeführt wird, zum Zeitpunkt der normalen Steuerung und zum Zeitpunkt der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz konstant. Dabei ist zu beachten, dass die relative Einschaltdauer DRx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz ermittelt wird, indem die relative Basiseinschaltdauer DRb durch die Durchflussmengenerhöhungsrate IR geteilt wird (DRx = DRb/IR).
Wenn bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz der Wasserstoffgaszufuhrvorgang S gestartet wird, nimmt darüber hinaus, wie in 7 gezeigt ist, der Einlassdruck PHi rasch zu. In diesem Fall ist die Erhöhungsrate des Einlassdrucks PHi bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz höher als die Erhöhungsrate des Einlassdrucks PHi bei der normalen Steuerung. Dadurch wird die Druckdifferenz PD bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz größer als die Druckdifferenz PD bei der normalen Steuerung. Es ist zu beachten, dass bei dem in 6 und 7 gezeigten Beispiel der Maximalwert PHiM des Einlassdrucks PHi bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz im Wesentlichen gleich dem Spitzwert PHiM bei der normalen Steuerung ist.
Kurz gesagt wird bei der normalen Steuerung daher die Zufuhrrate auf die Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer auf die Basiszufuhrdauer eingestellt, während bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz die Zufuhrrate größer als die Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer kürzer als die Basiszufuhrdauer eingestellt wird, um dadurch die Druckdifferenz zu erhöhen, während die Brennstoffgaszufuhrrate zum Brennstoffzellenstapel 10 im Wesentlichen beibehalten wird.
Falls in dieser Hinsicht die oben genannte elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel 10 stattfindet, wird an der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 Wasser erzeugt. Ein Teil dieses Wassers geht durch die Membran-Elektroden-Einheit 20, sodass er die Anode oder den Wasserstoffgaskanal 30 erreicht. Falls in dieser Hinsicht in der Anode oder dem Wasserstoffgaskanal 30 eine große Menge Wasser übermäßig in Form von Flüssigkeit vorhanden ist, bedeckt diese übermäßig große Menge flüssigen Wassers die Anode, was es für das Wasserstoffgas schwierig macht, die Anode zu erreichen, und daher fällt die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 10. Das heißt, es tritt eine Überflutung auf.
Daher wird in dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel geurteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Überflutung aufgetreten ist. Wenn geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Überflutung aufgetreten ist, wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt. Falls geurteilt wird, das der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt, wird, wie oben erläutert wurde, die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt. Falls die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt wird, bringt die erhöhte Druckdifferenz PD eine Durchflussmenge des Wasserstoffgases, die durch den Wasserstoffgaskanal 30 des Brennstoffzellenstapels 10 strömt, dazu, rasch anzusteigen. Dadurch wird das flüssige Wasser im Wasserstoffgaskanal 30 gut zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 ausgeblasen. Daher wird die Überflutung zuverlässig behoben. In diesem Fall wird die Menge an Wasserstoffgas, die dem Brennstoffzellenstapel 10 durch den einzelnen Wasserstoffgaszufuhrvorgang S zugeführt wird, wie oben erläutert wurde, beibehalten. Um die Überflutung zu beheben, wird daher das Wasserstoffgas nicht übermäßig zugeführt. Das heißt, die Überflutung wird zuverlässig behoben, während das Wasserstoffgas effektiv genutzt wird.
Und zwar wird, wie in 8 gezeigt ist, die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz gestartet, falls zum Zeitpunkt ta1 geurteilt wird, dass eine Überflutung aufgetreten ist. Falls als Nächstes zum Zeitpunkt ta2 geurteilt wird, dass die Überflutung behoben worden ist, wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz beendet und es wird wieder die normale Steuerung fortgesetzt.
Falls die Überflutung nicht aufgetreten ist, stimmt eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 im Wesentlichen mit einer eingestellten Spannung überein, die gemäß einem Ausgangsstrom bestimmt wird. Falls die Überflutung aufgetreten ist, fällt die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 gegenüber der eingestellten Spannung, während sich der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 kaum ändert. Wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels in dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel geringer als eine vorbestimmte Schwellenspannung ist und der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 einen vorbestimmten Schwellenwiderstandswert nicht überschreitet, wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 überflutet worden ist. Falls die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 höher als die Schwellenspannung ist oder falls die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 geringer als die Schwellenspannung ist, der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 aber den Schwellenwiderstandswert überschreitet, wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 nicht überflutet worden ist. Es ist zu beachten, dass der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 anhand der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels 10 berechnet wird. Alternativ wird eine Impedanz des Brennstoffzellenstapels 10 gemessen und die Impedanz wird anstelle des Werts des elektrischen Widerstands verwendet.
9 zeigt eine Routine zum Durchführen der Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Diese Routine wird mittels Unterbrechung nach jeweils einer vorbestimmten eingestellten Zeitdauer ausgeführt. Wie sich aus 9 ergibt, wird im Schritt 100 anhand des Kennfelds von 5 die relative Basiseinschaltdauer DRb berechnet. Im nächsten Schritt 101 wird geurteilt, ob ein Flag X gesetzt ist. Dieses Flag X wird gesetzt (X = 1), wenn die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt werden sollte, das heißt wenn die normale Steuerung beendet werden sollte, und es wird zurückgesetzt (X = 0), wenn die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz beendet werden sollte, das heißt wenn die normale Steuerung durchgeführt werden sollte. Wenn das Flag X zurückgesetzt ist, fährt die Routine mit dem Schritt 102 fort, in dem geurteilt wird, ob eine Überflutung aufgetreten ist. Wenn geurteilt wird, das keine Überflutung aufgetreten ist, fährt die Routine mit dem Schritt 103 fort, in dem das Flag X weiter zurückgesetzt bleibt (X = 0). Im nächsten Schritt 104 bleibt die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz weiter beendet und es wird weiter die normale Steuerung durchgeführt. Falls geurteilt wird, dass eine Überflutung aufgetreten ist, fährt die Routine im Gegensatz dazu vom Schritt 102 mit dem Schritt 105 fort, in dem das Flag X gesetzt wird (X = 1). In dem nächsten Schritt 106 wird die normale Steuerung beendet und es wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt.
Wenn das Flag X gesetzt worden ist, fährt die Routine vom Schritt 101 mit dem Schritt 107 fort, in dem geurteilt wird, ob die Überflutung behoben worden ist. Falls geurteilt wird, dass die Überflutung nicht behoben worden ist, fährt die Routine mit dem Schritt 105 fort, in dem das Flag X weiter gesetzt bleibt (X = 1). In dem nächsten Schritt 106 wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz weiter durchgeführt und die normale Steuerung bleibt weiter beendet. Falls geurteilt wird, dass die Überflutung behoben worden ist, fährt im Gegensatz dazu die Routine vom Schritt 107 mit dem Schritt 103 fort, in dem das Flag X zurückgesetzt wird (X = 0). Im nächsten Schritt 104 wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz beendet und es wird die normale Steuerung durchgeführt.
Als Nächstes wird ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert. Falls die Konzentration an Stickstoffgas oder die Konzentration an Wasserdampf im Wasserstoffgasströmungskanal 30 übermäßig hoch wird, fällt die Konzentration an Wasserstoffgas übermäßig stark und fällt daher das Stromerzeugungsvermögen des Brennstoffzellenstapels 10. Das heißt, dass ein Wasserstoffgasmangelzustand auftritt.
Daher wird im zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel geurteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel 10 ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist. Falls geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist, wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt, und es wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt. Dadurch wird die Durchflussmenge des Wasserstoffgases, die durch den Wasserstoffgaskanal 30 strömt, rasch erhöht, sodass Stickstoffgas und Wasserdampf gut aus dem Wasserstoffgaskanal 30 abgegeben werden und das Wasserstoffgas dem Wasserstoffgaskanal 30 insgesamt als Ganzes zugeführt wird. Daher wird auch in diesem Ausführungsbeispiel der Wasserstoffgasmangelzustand zuverlässig behoben, während das Wasserstoffgas effektiv genutzt wird.
Und zwar wird, wie in 10 gezeigt ist, eine Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz gestartet, falls zum Zeitpunkt tb1 geurteilt wird, dass ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist. Falls als Nächstes zum Zeitpunkt tb2 geurteilt wird, dass der Wasserstoffgasmangelzustand behoben worden ist, wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz beendet und es wird wieder die normale Steuerung fortgesetzt.
Falls in dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die von dem Konzentrationssensor 18 erfasste Wasserstoffkonzentration geringer als eine vorbestimmte eingestellte Konzentration ist, wird geurteilt, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist. Falls die Wasserstoffgaskonzentration höher als die eingestellte Konzentration ist, wird dagegen geurteilt, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 kein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist.
11 zeigt eine Routine zum Durchführen einer Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Werden die Unterschiede zu der in 9 gezeigten Routine erläutert, so fährt die Routine, falls im Schritt 101 das Flag X zurückgesetzt ist, mit dem Schritt 102a fort, in dem geurteilt wird, ob ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist. Falls geurteilt wird, dass kein Wasserstoffmangelzustand aufgetreten ist, fährt die Routine mit dem Schritt 103 fort. Falls geurteilt wird, dass ein Wasserstoffgasmangelzustand aufgetreten ist, fährt die Routine dagegen mit dem Schritt 105 fort. Falls andererseits im Schritt 101 geurteilt wird, dass das Flag X gesetzt ist, fährt die Routine mit dem Schritt 107a fort, in dem geurteilt wird, ob der Wasserstoffgasmangelzustand behoben worden ist. Falls geurteilt wird, dass der Wasserstoffmangelzustand nicht behoben worden ist, fährt die Routine mit dem Schritt 105 fort. Falls geurteilt wird, dass der Wasserstoffgasmangelzustand behoben worden ist, fährt die Routine dagegen mit dem Schritt 103 fort.
Als nächstes wird ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert. Falls ein Feuchtigkeitsgrad der Membran-Elektroden-Einheit 20 übermäßig stark fällt, fällt das Stromerzeugungsvermögen des Brennstoffzellenstapels 10. Das heißt, dass eine Austrocknung auftritt.
Daher wird in dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel geurteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Austrocknung aufgetreten ist. Falls geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Austrocknung aufgetreten ist, wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 ein schlechtes Stromleistungsvermögen zeigt. Falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 10 ein schlechtes Stromleistungsvermögen zeigt, wird in dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zunächst eine Befeuchtungssteuerung durchgeführt, bei der der Befeuchtungsgrad im Brennstoffzellenstapel 10 erhöht wird. Aufgrund der Befeuchtungssteuerung wird dadurch eine Feuchtigkeitsmenge im Brennstoffzellenstapel 10, zum Beispiel im Wasserstoffgaskanal 30, erhöht. Als Nächstes wird eine Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt. Dadurch wird eine Durchflussmenge von Wasserstoffgas, die durch den Wasserstoffgaskanal 30 geht, rasch erhöht, so dass die Feuchtigkeit im Wasserstoffkanal 30 insgesamt in das Innere des Wasserstoffgaskanals 30 transportiert wird. Daher wird auch in diesem Ausführungsbeispiel die Austrocknung zuverlässig behoben, während das Wasserstoffgas effektiv genutzt wird.
Und zwar wird, wie in 12 gezeigt ist, zunächst die Befeuchtungssteuerung gestartet, falls zum Zeitpunkt tc1 geurteilt wird, dass eine Austrocknung aufgetreten ist. Als Nächstes wird, falls die Befeuchtungssteuerung zum Beispiel für eine bestimmte Zeitdauer erfolgt ist, die Befeuchtungssteuerung zum Zeitpunkt tc2 beendet und es wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz gestartet. Falls als Nächstes zum Zeitpunkt tc3 geurteilt wird, dass die Austrocknung behoben worden ist, wird die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz beendet und es wird wieder die normale Steuerung fortgesetzt.
Falls keine Austrocknung aufgetreten ist, stimmt eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 im Wesentlichen mit einer eingestellten Spannung überein, die gemäß einem Ausgangsstrom bestimmt wird. Falls eine Austrocknung aufgetreten ist, nimmt der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 zu und die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 fällt gegenüber der eingestellten Spannung. In dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird geurteilt, dass eine Austrocknung in dem Brennstoffzellenstapel 10 aufgetreten ist, falls die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 geringer als eine vorbestimmte Schwellenspannung ist und der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 einen vorbestimmten Schwellenwiderstandswert überschreitet. Falls die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 höher als die Schwellenspannung ist oder falls die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 geringer als die Schwellenspannung ist, aber der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 den Schwellenwiderstandswert nicht überschreitet, wird geurteilt, dass in dem Brennstoffzellestapel 10 keine Austrocknung aufgetreten ist. Alternativ wird geurteilt, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Austrocknung aufgetreten ist, falls der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels ungeachtet der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 den vorbestimmten Schwellenwiderstandswert überschreitet. Falls der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 den Schwellenwiderstandswert ungeachtet der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 nicht überschreitet, wird geurteilt, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 keine Austrocknung aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass der Wert des elektrischen Widerstands des Brennstoffzellenstapels 10 anhand der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels 10 berechnet wird. Alternativ wird eine Impedanz des Brennstoffzellenstapels 10 gemessen und die Impedanz wird anstelle des Werts des elektrischen Widerstands verwendet.
Um die Befeuchtungssteuerung durchzuführen, werden in dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel außerdem eine Luftmengen-Verringerungssteuerung, um die Menge an Luft, die dem Brennstoffzellenstapel 10 vom Verdichter 44 oder Oxidationsgaszuführer zugeführt wird, und/oder eine Öffnungsgrad-Absenkungssteuerung, um einen Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils 47 abzusenken, durchgeführt. Falls die Luftmengen-Verringerungssteuerung oder die Öffnungsgrad-Absenkungssteuerung durchgeführt wird, wird die Menge an Kathodenabgas verringert, die aus dem Luftkanal 40 ausströmt, weshalb die Feuchtigkeitsmenge verringert wird, die zusammen mit dem Kathodenabgas aus dem Luftkanal 40 ausströmt. Daher wird der Feuchtigkeitsgrad des Luftkanals 40 erhöht.
Wie zuvor erläutert wurde, entspricht der in 1 gezeigte Brennstoffzellenstapel 10 einer Gegenstrombauart, sodass bei Erhöhung des Feuchtigkeitsgrads des Luftkanals 40 die Wassermenge erhöht wird, die vom Luftkanal 40 aus durch die Membran-Elektroden-Einheit 20 dringt und sich zum Wasserstoffgaskanal 30, insbesondere zur Umgebung des Einlasses des Wasserstoffgaskanals 30, bewegt. Das Mehr an Wasser wird aufgrund der anschließend durchgeführten Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz dem Wasserstoffgaskanal 30 insgesamt als Ganzes zugeführt. Dadurch wird die Austrocknung gut behoben.
13 zeigt eine Routine zum Durchführen der Steuerung zum Zuführen von Wasserstoffgas des dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Werden die Unterschiede zu der in 9 gezeigten Routine erläutert, so fährt die Routine, falls das Flag X im Schritt 101 zurückgesetzt ist, mit dem Schritt 102b fort, in dem geurteilt wird, ob eine Austrocknung aufgetreten ist. Falls geurteilt wird, dass keine Austrocknung aufgetreten ist, fährt die Routine mit dem Schritt 103 fort. Falls geurteilt wird, dass eine Austrocknung aufgetreten ist, fährt die Routine dagegen mit dem Schritt 108 fort. Im Schritt 108 wird die Befeuchtungssteuerung durchgeführt. Als Nächstes fährt die Routine mit dem Schritt 105 fort. Falls das Flag X im Schritt 101 gesetzt ist, fährt die Routine andererseits mit dem Schritt 107b fort, in dem geurteilt wird, ob die Austrocknung behoben worden ist. Falls geurteilt wird, dass die Austrocknung noch nicht behoben worden ist, fährt die Routine mit dem Schritt 105 fort. Falls geurteilt wird, dass die Austrocknung behoben worden ist, fährt die Routine dagegen mit dem Schritt 103 fort.
Bei der in 13 gezeigten Routine ist zu beachten, dass die Routine, falls geurteilt wird, dass die Austrocknung nicht behoben worden ist, vom Schritt 107b mit dem Schritt 105 fortfährt und dass die Befeuchtungssteuerung somit zu diesem Zeitpunkt nicht durchgeführt wird. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel fährt die Routine, falls geurteilt wird, dass die Austrocknung nicht behoben worden ist, vom Schritt 107b mit dem Schritt 108 fort, in dem die Befeuchtungssteuerung erneut durchgeführt wird, und dann wird erneut die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt.
Außerdem werden in einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel, zwei oder mehr der oben genannten ersten bis dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gleichzeitig durchgeführt.
Kurz gesagt wird daher geurteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Überflutung oder ein Brennstoffgasmangelzustand aufgetreten ist, und es wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt, falls geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Überflutung oder ein Brennstoffgasmangelzustand aufgetreten ist. Außerdem besteht der Brennstoffzellenstapel 10 aus einem Gegenstrom-Brennstoffzellenstapel, es wird geurteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Austrocknung aufgetreten ist, und es wird geurteilt, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt, falls geurteilt wird, dass eine Austrocknung aufgetreten ist.
Die Membran-Elektroden-Einheit 20 arbeitet in dieser Hinsicht durch eine Kraft, die einer Druckdifferenz zwischen dem Druck im Wasserstoffgaskanal 30 und dem Druck im Luftkanal 40 entspricht, also durch eine Druckdifferenz zwischen diesen Kanälen. Falls die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt wird, nimmt der Einlassdruck PHi andererseits rasch zu, und es ist wahrscheinlich, dass der Maximalwert PHiM des Einlassdrucks PHi übermäßig zunimmt. Die oben genannte Druckdifferenz zwischen den Kanälen wird in dieser Hinsicht übermäßig groß, wenn der Maximalwert PHiM übermäßig zunimmt, weshalb auf die Membran-Elektroden-Einheit 20 eine übermäßig große Kraft wirkt. Dadurch ist es wahrscheinlich, dass die Membran-Elektroden-Einheit 20 beschädigt wird.
Falls der Einlassdruck PHi zum Zeitpunkt der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz während eines Wasserstoffgaszufuhrvorgangs durch das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 eine zulässige Obergrenze OL überschreitet, wird daher der Wasserstoffgaszufuhrvorgang durch das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 in dem Brennstoffzellensystem A, das in 1 gezeigt ist, unterbrochen. Dadurch wird der Einlassdruck PHi von einem weiteren Anstieg abgehalten und daher wird der Einlassdruck PHi unterdrückt. Daher wird eine übermäßig große Kraft davon abgehalten, auf die Membrane-Elektroden-Einheit 20 zu wirken.
Falls das Wasserstoffgaszufuhrventil 35, wie in 14 gezeigt ist, während der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz zum Zeitpunkt td1 offen ist, das heißt wenn der Wasserstoffgaszufuhrvorgang gestartet wird, beginnt nämlich der Einlassdruck PHi zu steigen. Falls der Einlassdruck PHi als Nächstes zum Zeitpunkt td2 die zulässige Obergrenze UL überschreitet, wird das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 geschlossen, das heißt es wird der Wasserstoffgaszufuhrvorgang unterbrochen. Dabei ist zu beachten, dass dtOPx in 14 eine Öffnungsdauer des Wasserstoffgaszufuhrventils 35 angibt, die der Wasserstoffgaszufuhrdauer dtSx bei der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz entspricht. Falls der Einlassdruck PHi während des Wasserstoffgaszufuhrvorgangs die zulässige Obergrenze UL nicht überschreitet, wird nämlich der Wasserstoffgaszufuhrvorgang bis zum Zeitpunkt td3 weitergeführt. Es ist daher auch möglich, das Ganze so zu sehen, dass, falls der Einlassdruck PHi die zulässige Obergrenze UL überschreitet, eine Wasserstoffgaszufuhrdauer oder eine Öffnungsdauer des Wasserstoffgaszufuhrventils 35 verkürzt wird.
15 zeigt eine Routine zum Durchführen einer Einlassdruck-Unterdrückungssteuerung, wie sie oben erwähnt wurde. Diese Routine wird mittels Unterbrechung zu jedem vorbestimmten eingestellten Zeitpunkt durchgeführt. Wie sich aus 15 ergibt, wird im Schritt 200 geurteilt, ob das Flag X gesetzt worden ist. Falls das Flag X gesetzt worden ist, das heißt falls die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchgeführt werden sollte, fährt die Routine als Nächstes mit dem Schritt 201 fort, in dem geurteilt wird, ob das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 geöffnet wird. Falls das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 geöffnet wird, fährt die Routine als Nächstes mit dem Schritt 202 fort, in dem geurteilt wird, ob der Einlassdruck PHi höher als der Obergrenzenwert UL ist. Falls PHi > UL gilt, fährt die Routine als Nächstes mit dem Schritt 203 fort, in dem das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 geschlossen wird, weswegen der Wasserstoffgaszufuhrvorgang durch das Wasserstoffzufuhrventil 35 unterbrochen wird. Falls das Flag X im Schritt 200 zurückgesetzt ist, das heißt falls die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz angehalten wird, oder falls das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 im Schritt 201 geschlossen ist oder falls im Schritt 202 PHi ≤ UL gilt, wird der Verarbeitungszyklus beendet. In diesem Fall wird der Wasserstoffgaszufuhrvorgang durch das Wasserstoffgaszufuhrventil 35 nicht unterbrochen. Wie oben erläutert wurde, besteht der Brennstoffzellenstapel 10 aus einer Vielzahl von Einheitsbrennstoffzellen 10a. Falls geurteilt wird, dass eine oder mehrere Einheitsbrennstoffzellen 10a eine schlechte Stromerzeugung zeigen, kann daher davon ausgegangen werden, dass der Brennstoffzellenstapel 10 eine schlechte Stromerzeugung zeigt.
Bezugszeichenliste

A: Brennstoffzellensystem
10: Brennstoffzellenstapel
19i, 19o: Drucksensor
30: Wasserstoffgaskanal
31: Wasserstoffgaszufuhrweg
35: Wasserstoffgaszufuhrventil
36: Spülkanal

Claims

Brennstoffzellensystem mit: einem Brennstoffzellenstapel, der so gestaltet ist, dass er durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas elektrischen Strom erzeugt; einem Brennstoffgaszufuhrweg, der mit einem Einlass eines Brennstoffgaskanals verbunden ist, der in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist; einem Brennstoffgaszufuhrventil, das im Brennstoffgaszufuhrweg angeordnet ist und so gestaltet ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel das Brennstoffgas aussetzend in einem vorbestimmten Zeitintervall zuführt, wobei das Brennstoffgaszufuhrventil dazu imstande ist, eine Zufuhrrate und eine Zufuhrdauer zu ändern, während es das Zeitintervall beibehält; und einer Steuerung, die so gestaltet ist, dass sie: urteilt, ob der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt; eine normale Steuerung durchführt, bei der die Zufuhrrate auf eine Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer auf eine Basiszufuhrdauer eingestellt wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel keine schlechte Stromerzeugung zeigt; und eine Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz durchführt, bei der die Zufuhrrate größer als die Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer kürzer als die Basiszufuhrdauer eingestellt wird, um dadurch eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass des Brennstoffgaskanals und einem Auslass des Brennstoffgaskanals zu erhöhen, während eine Menge des Brennstoffgases, die dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, im Wesentlichen beibehalten wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung so gestaltet wird, dass sie urteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel eine Überflutung oder ein Brennstoffgasmangelzustand aufgetreten ist und dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt, falls geurteilt wird, dass in dem Brennstoffzellenstapel eine Überflutung oder ein Brennstoffgasmangelzustand aufgetreten ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel aus einem Gegenstrom-Brennstoffzellenstapel besteht und die Steuerung so gestaltet ist, dass sie urteilt, ob in dem Brennstoffzellenstapel eine Austrocknung aufgetreten ist und dass der Brennstoffzellenstapel die schlechte Stromerzeugung zeigt, falls in dem Brennstoffzellenstapel eine Austrocknung aufgetreten ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung so gestaltet ist, dass sie zunächst eine Befeuchtungssteuerung zum Erhöhen eines Feuchtigkeitsgrads im Brennstoffzellenstapel durchführt und als Nächstes die Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz durchführt, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, mit zudem: einem Oxidationsgaszufuhrweg, der mit einem Einlass eines Oxidationsgaskanals verbunden ist, der im Inneren des Brennstoffzellenstapels ausgebildet ist; einem Oxidationsgaszuführer, der im Oxidationsgaszufuhrweg angeordnet ist und so gestaltet ist, dass sie dem Brennstoffzellenstapel Oxidationsgas zuführt; einem Kathodenabgasweg, der mit einem Auslass des Oxidationsgaskanals verbunden ist; und einem Kathodenabgassteuerventil, das im Kathodenabgaskanal angeordnet ist, wobei die Steuerung so gestaltet ist, dass sie die Befeuchtungssteuerung durchführt, indem sie eine Oxidationsgasmengen-Verringerungssteuerung, die eine Menge an Oxidationsgas vom Oxidationsgaszuführer zum Brennstoffzellenstapel verringert, und/oder eine Öffnungsgrad-Absenkungssteuerung, die einen Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils absenkt, durchführt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung so gestaltet ist, dass sie einen Zufuhrvorgang des Brennstoffgases durch das Brennstoffgaszufuhrventil unterbricht, falls zum Zeitpunkt der Steuerung zum Erhöhen der Druckdifferenz während des Zufuhrvorgangs des Brennstoffgases durch das Brennstoffgaszufuhrventil ein Druck des Einlasses des Brennstoffgaskanals eine zulässige Obergrenze überschreitet.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Brennstoffgaszufuhrventil eine Vielzahl von Injektoren umfasst, die im Brennstoffgaszufuhrweg parallel angeordnet sind, und wobei die Anzahl der Injektoren, die für die Zufuhr des Brennstoffgases zum Brennstoffzellenstapel zu verwenden sind, erhöht wird, wenn die Zufuhrrate erhöht werden sollte.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Auslass des Brennstoffgaskanals vom Brennstoffgaszufuhrweg getrennt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Brennstoffgaszufuhrventil so gestaltet ist, dass es sich zu jedem Zeitintervall öffnet und für eine Öffnungsdauer Brennstoffgas zuführt und sich dann schließt und die Zufuhr von Brennstoffgas für eine Schließdauer beendet.
Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems, wobei das System Folgendes umfasst: einen Brennstoffzellenstapel, der so gestaltet ist, dass er durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoffgas und einem Oxidationsgas elektrischen Strom erzeugt; einen Brennstoffgaszufuhrweg, der mit einem Einlass eines Brennstoffgaskanals verbunden ist, der in dem Brennstoffzellenstapel ausgebildet ist; und ein Brennstoffgaszufuhrventil, das im Brennstoffgaszufuhrweg angeordnet ist und so gestaltet ist, dass es dem Brennstoffzellenstapel das Brennstoffgas aussetzend in einem vorbestimmten Zeitintervall zuführt, wobei das Brennstoffzellenzufuhrventil dazu imstande ist, eine Zufuhrrate und eine Zufuhrdauer zu ändern, während es das Zeitintervall beibehält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Urteilen durch die Steuerung, ob der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt; Durchführen einer normalen Steuerung durch die Steuerung, bei der die Zufuhrrate auf eine Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer auf eine Basiszufuhrdauer eingestellt wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel keine schlechte Stromerzeugung zeigt; und Durchführen einer Steuerung zum Erhöhen einer Druckdifferenz durch die Steuerung, bei der die Zufuhrrate größer als die Basiszufuhrrate und die Zufuhrdauer kürzer als die Basiszufuhrdauer eingestellt wird, um dadurch eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass des Brennstoffgaskanals und einem Auslass des Brennstoffgaskanals zu erhöhen, während eine Menge des Brennstoffgases, die den Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, im Wesentlichen beibehalten wird, falls geurteilt wird, dass der Brennstoffzellenstapel eine schlechte Stromerzeugung zeigt.