DE112018002700T5

DE112018002700T5 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112018002700T5
Application number: DE112018002700.7T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Yoshioka; Naruto Ito; Makoto Fukui
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US11148536B2; CN110663131B; CN110663131A; JP2018200760A; JP6783188B2; WO2018216409A1; US20200099069A1

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung führt eine Steuereinheit in einem Brennstoffzellensystem beim vollständigen Schließen eines stromaufwärtsseitigen Ventils eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durch, bei der der Öffnungsgrad des stromaufwärtsseitigen Ventils mittels eines Antriebsmechanismus auf einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad größer als Null gesetzt wird. Nach dem Bestimmen, dass während der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung ein Austritt von Oxidationsgas in dem stromaufwärtsseitigen Ventil auftritt, korrigiert die Steuereinheit den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad in Richtung der Ventilschließungs-Seite auf einen Nullstellungs-Öffnungsgrad, bei dem die Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil Null wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem, das mit einer Brennstoffzelle versehen ist, die bei Erhalt eines zugeführten Brenngases und Oxidationsgases elektrische Energie erzeugt, und insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, das zum Einbau in einem Brennstoffzellenfahrzeug geeignet ist.
Stand der Technik
In Patentdokument 1 ist ein Brennstoffzellensystem als eines der herkömmlichen Technik offenbart. Dieses Brennstoffzellensystem ist ausgestattet mit einem Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellen), einem Gaszufuhrkanal zum Zuführen von Oxidationsgas zum Brennstoffzellenstapel, einem stromaufwärtsseitigen Ventil zum Steuern der Zufuhr des Oxidationsgases zum Brennstoffzellenstapel, einem im Gaszufuhrkanal vorgesehenen Kompressor, einem Gasabfuhrkanal zum Abführen des Oxidationsgases aus dem Brennstoffzellenstapel, einem stromabwärtsseitigen Ventil zum Steuern des Abführens des Oxidationsgases aus dem Brennstoffzellenstapel, einen Umgehungskanal zum Abführen des Oxidationsgases in den Gasabfuhrkanal durch Umleiten um den Brennstoffzellenstapel herum, und ein Umgehungsventil, das in dem Umgehungskanal vorgesehen und dazu ausgebildet ist, eine Durchflussmenge des Oxidationsgases zu regeln, das dazu gebracht werden soll, im Umgehungskanal zu fließen.
Bezüglich eines solchen Brennstoffzellensystem hat der Anmelder eine japanische Patentanmeldung Nr. 2017-041580 vorgeschlagen, um beispielsweise eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchzuführen, die den Öffnungsgrad eines stromaufwärtsseitigen Ventils auf einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad während der Verlangsamung eines Brennstoffzellenfahrzeugs einstellt. Dabei ist der vorstehend genannte gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad ein Öffnungsgrad, der etwas größer als 0° ist und bei dem ein Ventilelement mit einem in einem Ventilsitz vorgesehenen Dichtungsteil in Kontakt ist und somit einen Ventilschließungs-Zustand beibehält.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 2010-192251
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Aufgaben
In dem oben genannten Brennstoffzellensystem wird die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung jedoch während der Verlangsamung durchgeführt, bei der das Fahrzeug mit hoher Frequenz betrieben wird. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Male, bei denen der Öffnungsgrad des stromaufwärtsseitigen Ventils den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad annimmt. Wenn sich die Anzahl der Male erhöht, bei denen das Ventilelement mit dem im Ventilsitz vorgesehenen Dichtungsteil in Kontakt ist, nutzt sich das Dichtungsteil folglich ab. In einer solchen Situation, wenn der Öffnungsgrad des stromaufwärtsseitigen Ventils auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad eingestellt ist, kann Oxidationsgas durch das stromaufwärtsseitige Ventil entweichen. Somit kann einer Brennstoffzelle überflüssiges Oxidationsgas zugeführt werden. Dieses Oxidationsgas reagiert mit dem der Brennstoffzelle bereits zugeführten Brenngas, wobei elektrische Energie bzw. Leistung erzeugt wird. Folglich kann überflüssige elektrische Energie in der Brennstoffzelle erzeugt werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen und hat den Zweck, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das in der Lage ist, überflüssige Energieerzeugung in einer Brennstoffzelle zu verhindern.
Lösung der Aufgaben
Um das obige Ziel zu erreichen, ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das umfasst: eine Brennstoffzelle; einen Oxidationsgaszufuhrkanal zum Zuführen eines Oxidationsgases zur Brennstoffzelle; ein stromaufwärtsseitiges Ventil, das in dem Oxidationsgaszufuhrkanal vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, verschiedene Steuerungen durchzuführen, wobei das stromaufwärtsseitige Ventil umfasst: einen Ventilsitz; ein Ventilelement; und einen Antriebsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Ventilelement anzutreiben, um einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilsitz oder das Ventilelement mit einem Dichtelement versehen ist, das ein Dichtungsteil umfasst, das während der Ventilschließung mit dem jeweils anderen des Ventilelements oder Ventilsitzes in Kontakt ist, wobei, wenn das stromaufwärtsseitige Ventil vollständig geschlossen werden soll, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchzuführen, die bewirkt, dass der Antriebsmechanismus einen Öffnungsgrad des stromaufwärtsseitigen Ventils auf einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad einstellt, der größer als 0 ist, und während die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenn festgestellt wird, dass ein Austritt des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil auftritt, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite zu korrigieren, bis ein Nullstellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem eine Austrittsmenge des Oxidationsgases in dem stromaufwärtsseitigen Ventil Null wird.
Gemäß der obigen Ausgestaltung kann dieses System während der Ausführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn ein Austreten von Oxidationsgas durch Abnutzung des Dichtungsteils im stromaufwärtsseitigen Ventil auftritt, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite entsprechend einem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils korrigieren, um die Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil auf Null zu setzen. Dadurch kann die überflüssige Zufuhr von Oxidationsgas zu einer Brennstoffzelle reduziert werden. Dadurch kann eine überflüssige Erzeugung elektrischer Energie (elektrischer Leistung) in der Brennstoffzelle vermieden werden. Folglich müssen Hilfseinrichtungen oder Hilfsmaschinen (AUXS) keine elektrische Energie mehr für die elektrische Entlastung verbrauchen, um in der Brennstoffzelle erzeugte überflüssige elektrische Energie zu verbrauchen. Dies kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und das Auftreten von Lärm und Schwingungen („noise vibration“, NV) verhindern.
Bei der vorstehenden Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil basierend auf einer Energieerzeugungsmenge (einer Leistungserzeugungsmenge) der Brennstoffzelle zu bestimmen.
Gemäß der obigen Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, weiter ein zusätzliches Erfassungsmittel, beispielsweise einen Sensor, zur Erfassung einer Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil einzusetzen. Dadurch kann eine Kostenverringerung erzielt werden.
Bei der vorstehenden Ausgestaltung ist vorzugsweise die Energieerzeugungsmenge (die Leistungserzeugungsmenge) der Brennstoffzelle ein Betrag an elektrischer Energie (elektrischer Leistung), der erzeugt wird, nachdem das Oxidationsgas, das zu Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung in der Brennstoffzelle verbleibt, verbraucht wurde.
Gemäß der obigen Ausgestaltung ist der Betrag an elektrischer Energie (elektrischer Leistung), der in der Brennstoffzelle erzeugt wird, eine Energieerzeugungsmenge (Leistungserzeugungsmenge), die einer Menge des Oxidationsgases entspricht, das während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durch das stromaufwärtsseitige Ventil austritt. Damit kann das System die Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil basierend auf der Energieerzeugungsmenge (Leistungserzeugungsmenge) in der Brennstoffzelle genau bestimmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur Lösung der obengenannten Probleme ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, welches umfasst: eine Brennstoffzelle; einen Oxidationsgasabfuhrkanal zum Abführen eines der Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases; ein stromabwärtsseitiges Ventil, das in dem Oxidationsgasabfuhrkanal vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, verschiedene Steuerungen durchzuführen, wobei das stromabwärtsseitige Ventil umfasst: einen Ventilsitz; ein Ventilelement; und einen Antriebsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Ventilelement anzutreiben, um einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilsitz oder das Ventilelement mit einem Dichtelement versehen ist, das ein Dichtungsteil umfasst, das während der Ventilschließung mit dem jeweils anderen des Ventilelements oder Ventilsitzes in Kontakt ist, wobei, wenn eine Hilfseinrichtungs-(AUXS-)Energieerzeugungsanforderung (eine Hilfseinrichtungs-(AUXS-)Leistungserzeugungsanforderung) vorliegt, um zu bewirken, dass die Brennstoffzelle elektrische Energie (elektrische Leistung) zum Antreiben von Hilfseinrichtungen erzeugt, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung (eine AUXS-Leistungserzeugungs-Öffnungsgradsteuerung) durchzuführen, die bewirkt, dass der Antriebsmechanismus einen Öffnungsgrad des stromabwärtsseitigen Ventils auf einen AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad (einen AUXS-Leistungserzeugungs-Öffnungsgrad) einstellt, der einer Anforderungs-AUXS- Energieerzeugungsmenge (bzw. - Leistungserzeugungsmenge) entspricht, und während die AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenn festgestellt wird, dass eine Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil größer als eine erste vorab festgelegte Durchflussmenge ist, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite zu korrigieren, bis ein erster Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil die erste vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Gemäß der vorstehenden Ausgestaltung kann das System während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn eine Durchflussmenge des Oxidationsgases aufgrund von Abnutzung des Dichtungsteils im stromabwärtsseitigen Ventil zunimmt, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite entsprechend dem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils korrigieren und die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil auf eine Soll-Durchflussmenge einstellen. Folglich kann das System eine übermäßige Zunahme der Energieerzeugungsmenge in der Brennstoffzelle verhindern und daher eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindern und weiter entfällt die Notwendigkeit, die Hilfseinrichtungen unnötig anzutreiben.
Bei der vorstehenden Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn festgestellt wird, dass die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil kleiner als eine zweite vorab festgelegte Durchflussmenge ist, die kleiner als die erste Durchflussmenge ist, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilöffnungsseite zu korrigieren, bis ein zweiter Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil die zweite vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Gemäß der obigen Ausgestaltung kann das System, wenn die Steuerung zur Korrektur des AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrads durchgeführt werden soll, das Auftreten des Nachjagens des stromabwärtsseitigen Ventils reduzieren und die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil innerhalb eines Zielbereichs regeln. Da die erforderliche elektrische Energie von der Brennstoffzelle erzeugt werden kann, können die Hilfseinrichtungen entsprechend der AUXS-Energieerzeugungsanforderung betrieben werden.
Bei der vorstehenden Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil basierend auf einer Energieerzeugungsmenge (einer Leistungserzeugungsmenge) der Brennstoffzelle zu bestimmen.
Gemäß der obigen Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, weiter ein zusätzliches Erfassungsmittel, beispielsweise einen Sensor, zur Erfassung einer Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil einzusetzen. Dadurch kann eine Kostenverringerung erzielt werden.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Offenbarung kann eine überflüssige Energieerzeugung in der Brennstoffzelle verringert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische, strukturelle Ansicht eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Ansicht eines Einlassdichtventils von vorne;
3 zeigt eine Draufsicht des Einlassdichtventils von oben;
4 zeigt eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Ventilbereichs in einem Ventilschließungs-Zustand (ein vollständig geschlossener Zustand), in dem ein Ventilelement mit einem Ventilsitz in Kontakt ist;
5 zeigt eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht des Ventilbereichs in einem Ventilöffnungs-Zustand, in dem das Ventilelement am weitesten vom Ventilsitz entfern ist;
6 zeigt eine Ansicht des Ventilsitzes, des Ventilelements und einer drehbaren Welle im Einlassdichtventil in einem Ventilschließungszustand von der Seite;
7 zeigt eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang der Linie A-A in 6;
8 zeigt eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang der Linie B-B in 2;
9 zeigt eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang der Linie C-C in 2;
10 ist eine Ansicht von vorne, die einen Zustand zeigt, in dem ein Endrahmen von einem Ventilgehäuse entfernt ist;
11 zeigt eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht) eines Hauptgetriebes, einer Rückstellfeder, eines Zwischengetriebes und deren Umgebungsteilen bei Nichtbetrieb eines Motors;
12 zeigt eine schematische Ansicht, die Kräfte zeigt, die während des Nichtbetriebs des Motors auf das Hauptgetriebe wirken und die von einer Hauptgetriebeseite in einer Mittelachsrichtung einer drehbaren Welle her gesehen ist;
13 zeigt eine schematische Ansicht, die den Ventilsitz, das Ventilelement, die drehbare Welle, Lager und das Hauptgetriebe darstellt und eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang einer Linie D-D in 12 zeigt;
14 zeigt eine schematische Ansicht, die Kräfte zeigt, die während des Betriebs des Motors auf das Hauptgetriebe wirken, und die von der Hauptgetriebeseite in der Mittelachsrichtung der drehbaren Welle her gesehen ist;
15 zeigt eine schematische Ansicht, die den Ventilsitz, das Ventilelement, die drehbare Welle, die Lager und das Hauptgetriebe darstellt und eine im Schnitt dargestellte Ansicht entlang einer Linie E-E in 14 zeigt;
16 ist ein Diagramm, das 15 entspricht und einen Fall darstellt, in dem eine Motorantriebskraft größer eingestellt ist als die in 15;
17 zeigt eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht) des Hauptgetriebes, der Rückstellfeder, des Zwischengetriebes und deren Umgebungsteile bei einem Ventilöffnungsgrad von α während des Betriebs des Motors;
18 ist ein Diagramm, das 16 entspricht und einen Fall darstellt, in dem eine Motorantriebskraft größer eingestellt ist als die in 16;
19 zeigt eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht) des Hauptgetriebes, der Rückstellfeder, des Zwischengetriebes und deren Umgebungsteile bei einem Ventilöffnungsgrad von β während des Betriebs des Motors;
20 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen Ventilöffnungsgrad und Öffnungsfläche darstellt;
21 zeigt eine Ansicht eines Gummisitzes;
22 zeigt eine schematische, strukturelle Ansicht eines Luftsystems;
23 ist ein Flussdiagramm, das Steuerungsinhalte während Verlangsamung und Systemstopp darstellt;
24 ist ein Flussdiagramm, das Inhalte der Ableitungssteuerung und der regenerativen Steuerung während der Verlangsamung darstellt;
25 ist ein Flussdiagramm, das Steuerungsinhalte nach Abschluss der Verlangsamung und während des Betriebs im Beschleunigungs-/stationären Zustand darstellt;
26 zeigt eine Ansicht eines Kontaktzustands zwischen dem Ventilelement und dem Dichtungsteil jeweils in einem mechanischen Vollschließungs-Zustand und einem gesteuerten Vollschließungs-Zustand;
27 zeigt eine Ansicht eines Zustands eines Gummisitzes mit einem während der Ventilöffnung nach hinten gekrümmten Dichtungsteil;
28 zeigt eine Ansicht, die zeigt, wie das Ventilelement mit dem Dichtungsteil in Kontakt ist und auf diesem verschoben wird, wenn eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird;
29 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 28 eingekreisten Bereichs;
30 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 29 mit einem Kasten umschlossenen Bereichs; und
31 ist ein Flussdiagramm, das Inhalte des gesteuerten Vollschließungs-Stellungs-Lernens darstellt;
32 ist ein Flussdiagramm, das Inhalte eines AUXS-Steuerungs-Stellungs-Lernens darstellt; und
33 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge und einem AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerten Öffnungsgrad darstellt.

Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden wird mit Bezug auf die beigefügten Figuren eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, welche eine typische Ausbildung dieser Offenbarung ist, gegeben. In der vorliegenden Ausführungsform, die unten beschrieben wird, wird das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Offenbarung als ein in einem Brennstoffzellenfahrzeug einzubauendes Brennstoffzellensystem zum Zuführen von elektrischer Energie (elektrischer Leistung) zu einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) angewendet.
Wie in 1 gezeigt umfasst ein Brennstoffzellensystem 101 der vorliegenden Ausführungsform einen Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellen) 111, ein Wasserstoffsystem 112 und ein Luftsystem 113.
Der Brennstoffzellenstapel 111 erzeugt Strom, wenn er zugeführtes Brenngas und zugeführtes Oxidationsgas erhält. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Brenngas Wasserstoffgas und das Oxidationsgas ist Luft. Genauer gesagt ist der Brennstoffzellenstapel 111 so ausgebildet, dass er bei Erhalt des von dem Wasserstoffsystem 112 zugeführten Wasserstoffgases und der von dem Luftsystem 113 zugeführten Luft elektrische Energie erzeugt. Die in dem Brennstoffzellenstapel 111 erzeugte elektrische Energie wird über einen Wechselrichter (nicht gezeigt) einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) zugeführt.
Das Wasserstoffsystem 112 ist an einer Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 111 vorgesehen. Dieses Wasserstoffsystem 112 umfasst einen Wasserstoffzufuhrkanal 121, einen Wasserstoffabfuhrkanal 122 und einen Füllkanal 123. Der Wasserstoffzufuhrkanal 121 ist ein Durchflusskanal zum Zuführen von Wasserstoffgas aus einem Wasserstofftank 131 zum Brennstoffzellenstapel 111. Der Wasserstoffabfuhrkanal 122 ist ein Durchflusskanal zum Abführen von abzuführendem Wasserstoffgas aus dem Brennstoffzellenstapel 111 (im Folgenden entsprechend „Wasserstoff-Abgas“ genannt). Der Füllkanal 123 ist ein Durchflusskanal zum Einfüllen von Wasserstoffgas in den Wasserstofftank 131 durch eine Einfüllöffnung 151.
Das Wasserstoffsystem 112 umfasst am Wasserstoffzufuhrkanal 121 ein Hauptabsperrventil 132, einen Hochdruckregler 133, ein Mitteldrucküberströmventil 134, einen Drucksensor 135, einen Injektorabschnitt 136, ein Niederdrucküberströmventil 137 und einen Drucksensor 138, die in dieser Reihenfolge von dem Wasserstofftank 131 her angeordnet sind. Das Hauptabsperrventil 132 ist ein Ventil zum Schalten des Zuführens und Abschaltens von Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 131 zum Wasserstoffzufuhrkanal 121. Der Hochdruckregler 133 ist ein Druckregelventil um den Druck des Wasserstoffgases zu verringern. Das Mitteldrucküberströmventil 134 ist ein Ventil, das dazu ausgebildet ist, sich zu öffnen wenn der Druck zwischen dem Hochdruckregler 133 und dem Injektorabschnitt 136 einen vorab festgelegten Druck erreicht oder überschreitet, um den Druck unter den vorab festgelegten Druck zu regeln. Der Drucksensor 135 ist ein Sensor zur Erfassung des Drucks im Wasserstoffzufuhrkanal 121 zwischen dem Hochdruckregler 133 und dem Injektorabschnitt 136. Der Injektorabschnitt 136 ist ein Mechanismus zur Regelung der Durchflussmenge von Wasserstoffgas. Das Niederdrucküberströmventil 137 ist ein Ventil, das dazu ausgebildet ist, sich zu öffnen, wenn der Druck im Wasserstoffzufuhrkanal 121 zwischen dem Injektorabschnitt 136 und dem Brennstoffzellenstapel 111 einen vorab festgelegten Druck erreicht oder überschreitet, um den Druck unter den vorab festgelegten Druck zu regeln. Der Drucksensor 138 ist ein Sensor zur Erfassung des Drucks im Wasserstoffzufuhrkanal 121 zwischen dem Injektorabschnitt 136 und dem Brennstoffzellenstapel 111.
Das Wasserstoffsystem 112 umfasst weiter am Wasserstoffabfuhrkanal 122 einen Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 und ein Abgasablassventil 142, die in dieser Reihenfolge von einer Seite nahe des Brennstoffzellenstapels 111 her angeordnet sind. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 ist eine Vorrichtung zum Trennen von Feuchtigkeit aus dem Wasserstoffabgas. Das Abgasablassventil 142 ist ein Ventil zum Ein- und Ausschalten des Ableitens von Wasserstoffgas und Feuchtigkeit aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 zu einem Verdünner 182 des Luftsystems 113.
Das Luftsystem 113 ist an einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 111 vorgesehen. Dieses Luftsystem 113 umfasst einen Luftzufuhrkanal 161 (eine Oxidationsgaszufuhrleitung), einen Luftabfuhrkanal 162 und einen Umgehungskanal 163. Der Luftzufuhrkanal 161 ist ein Durchflusskanal zum Zuführen von Luft von der Außenseite des Brennstoffzellensystems 101 in den Brennstoffzellenstapel 111. Der Luftabfuhrkanal 162 ist ein Durchflusskanal zum Abführen von aus dem Brennstoffzellenstapel 111 abgegebener Luft (im Folgenden entsprechend „Luft-Abgas“ genannt). Der Umgehungskanal 163 ist ein Durchflusskanal, der ermöglicht, dass Luft vom Luftzufuhrkanal 161 zum Luftabfuhrkanal 162 strömt, ohne den Brennstoffzellenstapel 111 zu passieren.
Das Luftsystem 113 umfasst weiter einen Luftfilter 171, einen Kompressor 172, einen Zwischenkühler 173 und ein Einlassdichtventil (ein stromaufwärtsseitiges Ventil) 174, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Luftfilter 171 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Luft, die extern in das Brennstoffzellensystem 101 aufgenommen wird. Der Kompressor 172 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Luft zu dem Brennstoffzellenstapel 111. Der Zwischenkühler 173 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Luft. Das Einlassdichtventil 174 ist ein Dichtventil zum Schalten des Zuführens und Ausschalten von zum Brennstoffzellenstapel 111 strömender Luft. Als Einlassdichtventil 174 wird ein exzentrisches Ventil verwendet, bei dem eine Dichtfläche eines Ventilelements exzentrisch von einer drehbaren Welle angeordnet ist. Die Einzelheiten des Einlassdichtventils 174 sind weiter unten beschrieben.
Weiter weist das Luftsystem 113 am Luftabfuhrkanal 162 ein Auslass-Einbauventil (ein stromabwärtsseitiges Ventil) 181 und einen Verdünner 182, die in dieser Reihenfolge von einer Seite nahe des Brennstoffzellenstapels 111 her angeordnet sind.
Das Auslass-Einbauventil 181 ist ein Ventil (ein Ventil mit einer Funktion der Druckregulation (Druchflussregelung)) zum Regulieren des Rückstaus des Brennstoffzellenstapels 111 um dadurch eine Abgabemenge des Luft-Abgases von dem Brennstoffzellenstaple zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Auslass-Einbauventil 181 ein exzentrisches Ventil, dessen Aufbau im Wesentlichen gleich ist wie der des Einlassdichtventils 174 (ein Gummisitz 21 kann einen abweichenden Aufbau aufweisen). Die Einzelheiten dieses Auslass-Einbauventils 181 werden weiter unten beschrieben.
Der Verdünner 182 ist eine Vorrichtung zum Verdünnen von aus dem Wasserstoffabfuhrkanal 122 austretendem Wasserstoff-Abgas mittels des Luft-Abgases und der durch den Umgehungskanal 163 strömenden Luft.
Das Luftsystem 113 umfasst weiter ein Umgehungsventil 191 am Umgehungskanal 163. Das Umgehungsventil 191 ist ein Ventil zur Regelung einer Durchflussmenge der Luft im Umgehungskanal 163. Als Umgehungsventil 191 wird ein exzentrisches Ventil verwendet, dessen Aufbau im Wesentlichen gleich ist (ausgenommen der fehlende Gummisitz 21) wie der des Einlassdichtventils 174 und des Auslass-Einbauventils 181. Die Einzelheiten dieses Umgehungsventils 191 sind weiter unten beschrieben.
Weiter umfasst das Brennstoffzellensystem 101 eine Steuereinrichtung (eine Steuerung) 201 zum Steuern des Systems. Genauer gesagt ist die Steuereinrichtung 201 dazu ausgebildet, jede Komponente oder Vorrichtung des Brennstoffzellensystems 101 zu steuern und verschiedene Ermittlungen durchzuführen. Zusätzlich umfasst das Brennstoffzellensystem 101 auch ein Kühlsystem (nicht gezeigt) zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 111.
Bei dem wie oben ausgebildeten Brennstoffzellensystem 101 wird das dem Brennstoffzellenstapel 111 vom Wasserstoffzufuhrkanal 121 zugeführte Wasserstoffgas in dem Brennstoffzellenstapel 111 zur Erzeugung elektrischer Energie verbraucht und dann als Wasserstoff-Abgas aus dem Brennstoffzellenstapel 111 über den Wasserstoffabfuhrkanal 122 und den Verdünner 182 an die Außenseite des Brennstoffzellensystems 101 abgegeben. Die dem Brennstoffzellenstapel 111 vom Luftzufuhrkanal 161 zugeführte Luft wird in dem Brennstoffzellenstapel 111 verbraucht um elektrische Energie zu erzeugen und wird dann als Luft-Abgas aus dem Brennstoffzellenstapel 111 über den Luftabfuhrkanal 162 und den Verdünner 182 an die Außenseite des Brennstoffzellensystems 101 abgegeben.
Hier werden im Folgenden mit Bezug auf 2 bis 21 das Einlassdichtventil 174, das Auslass-Einbauventil 181 und das Umgehungsventil 191 beschrieben. Diese Ventile sind in ihrem Aufbau im Wesentlichen gleich, mit der Ausnahme, dass das Einlassdichtventil 174 und das Auslass-Einbauventil 181 sich in der Struktur eines Gummisitzes unterscheiden können und dass das Umgehungsventil 191 keinen Gummisitz umfasst. Daher wird die folgende Ausführung mit Fokus auf das Einlassdichtventil 174 gegeben und die Ausführungen zum Auslass-Einbauventil 181 und Umgehungsventil 191 werden entsprechend ergänzt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt umfasst das Einlassdichtventil 174 einen Ventilabschnitt 2 und einem Antriebsmechanismusabschnitt 3. Der Ventilabschnitt 2 umfasst ein Rohrleitungsteil 12 (s. 8) mit einem Durchlass 11 um ein Strömen von Luft (Atmosphärenluft) zu ermöglichen. In diesem Durchlass 11 sind ein Ventilsitz 13, ein Ventilelement 14 und eine drehbare Welle 15 angeordnet. Die drehbare Welle 15 erfährt eine Antriebskraft (Drehmoment), die vom Antriebsmechanismusabschnitt 3 übertragen wird. Dieser Antriebsmechanismusabschnitt 3 umfasst einen Motor 32 und einen Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus 33 (s. 8 und 9).
Wie in 4 und 5 gezeigt ist der Durchlass 11 mit einer Ausnehmungsschulter 10 ausgebildet, in der ein Ventilsitz 13 angebracht ist. Der Ventilsitz 13 weist eine runde Ringform auf mit einer in der Mitte gebildeten Ventilöffnung 16. Die Ventilöffnung 16 ist mit einer ringförmigen Sitzfläche 17 an ihrer Umfangskante ausgebildet. Das Ventilelement 14 umfasst einen kreisscheibenförmigen Abschnitt, dessen Außenumfang eine ringförmige Dichtfläche 18 aufweist, die der Sitzfläche 17 entspricht, d.h. mit dieser in Kontakt gebracht wird. Das Ventilelement 14 ist integral mit der drehbaren Welle 15 ausgebildet und zusammen mit der drehbaren Welle 15 drehbar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventilsitz 13 mit einem Gummisitz (einem Dichtelement) 21 versehen (s. 21). In diesem Gummisitz 21 ist die Sitzfläche 17 gebildet. Die Einzelheiten des Gummisitzes 21 sind weiter unten beschrieben. Bei dem Umgehungsventil 191, das keinen Gummisitz 21 aufweist, ist die Sitzfläche 17 im Ventilsitz 13 gebildet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, in Bezug auf 4 und 5, das Einlassdichtventil 174 so ausgebildet, dass sich der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf einer dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gegenüberliegenden Seite (d.h. einer oberen Seite in den Figuren) gebildete Durchlass 11 auf einer Seite nahe dem Brennstoffzellenstapel 111 befindet (auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Luftstroms), während sich der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf einer Seite nahe dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 (d.h. einer unteren Seite in den Figuren) gebildete Durchlass 11 auf einer Seite nahe eines Kompressors befindet (auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Luftstroms). Mit anderen Worten strömt die Luft in der vorliegenden Ausführungsform im Durchlass 11 von der Seite des Ventilelements 14 (der drehbaren Welle 15) in Richtung der Seite des Ventilsitzes 13.
Im Auslass-Einbauventil 181 befindet sich der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf der dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gegenüberliegenden Seite gebildete Durchlass 11 auf der Seite nahe dem Brennstoffzellenstapel 11 (auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Luftstroms), während sich der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf der Seite nahe dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gebildete Durchlass 11 auf einer Seite nahe des Verdünners 182 (auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Luftstroms) befindet, entgegengesetzt zum Einlassdichtventil 174. Mit anderen Worten strömt die Luft beim Auslass-Einbauventil 181 im Durchlass 11 von der Seite des Ventilsitzes 13 in Richtung der Seite des Ventilelements 14 (der drehbaren Welle 15).
Im Umgehungsventil 191 befindet sich des Weitern der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf der Seite nahe dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gebildete Durchlass 11 auf einer Seite nahe dem Luftzufuhrkanal 161 (auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Luftstroms), während sich der in Bezug auf den Ventilsitz 13 auf der dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gegenüberliegenden Seite gebildete Durchlass 11 auf einer Seite nahe dem Luftabfuhrkanal 162 befindet (auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Luftstroms). Mit anderen Worten strömt die Luft beim Umgehungsventil 191 im Durchlass 11 von der Seite des Ventilelements 14 (der drehbaren Welle 15) in Richtung der Seite des Ventilsitzes 13.
Wie in 6 und 7 gezeigt erstreckt sich die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 parallel zum Durchmesser des Ventilelements 14 (genauer gesagt, dem Durchmesser des kreisscheibenförmigen Abschnitts des Ventilelements 14) und ist exzentrisch von der Mittelachse P1 der Ventilöffnung 16 in eine radiale Richtung der Ventilöffnung 16 versetzt angeordnet. Die Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 ist exzentrisch von der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 in eine Erstreckungsrichtung der Mittelachse Lv des Ventilelements 14 angeordnet.
Durch Drehen des Ventilelements 14 um die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 ist das Ventilelement 14 zwischen einer Ventilschließungs-Stellung, in der die Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 in Oberflächenkontakt mit der Sitzfläche 17 ist (s. 4), und einer vollständig geöffneten Stellung, in der die Dichtfläche 18 am weitesten von der Sitzfläche 17 entfernt ist (s. 5), bewegbar.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist ein aus Metall oder Kunstharz gefertigtes Ventilgehäuse 35 mit dem Durchlass 11 und dem Rohrleitungsteil 12 bereitgestellt. Ein Endrahmen 36 aus Metall oder Kunstharz schließt ein offenes Ende des Ventilgehäuses 35. Das Ventilelement 14 und die drehbare Welle 15 sind im Ventilgehäuse 35 angeordnet. Die drehbare Welle 15 umfasst in ihrem distalen Endabschnitt einen Stift 15a. Der Stift 15a ist insbesondere an einem Ende der drehbaren Welle 15 in Richtung der Mittelachse Ls (auf der Seite nahe dem Ventilelement 14) vorgesehen. Der Stift 15a hat einen Durchmesser, der kleiner ist als ein Durchmesser eines von dem Stift 15a verschiedenen Teils der drehbaren Welle 15. Am anderen Ende der drehbaren Welle 15 (auf der Seite nahe dem Hauptgetriebe 41) in Richtung der Mittelachse Ls ist ein proximaler Endabschnitt 15b vorgesehen.
Der mit dem Stift 15a ausgebildete distale Endabschnitt der drehbaren Welle 15 ist ein freies distales Ende, das in den Durchlass 11 des Rohrleitungsteils 12 eingebracht und platziert ist. Die drehbare Welle 15 wird in auskragender Ausgestaltung durch zwei voneinander getrennt angeordnete Lager, d.h. einem ersten Lager 37 und einem zweiten Lager 38, gestützt, so dass die drehbare Welle 15 gegenüber dem Ventilgehäuse 35 drehbar ist. Das erste Lager 37 und das zweite Lager 38 bestehen jeweils aus einem Kugellager. Dieses erste und zweite Lager 37 und 38 sind zwischen dem Ventilelement 14 und dem Hauptgetriebe 41 in Richtung der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 angeordnet, um die drehbare Welle 15 drehbar zu lagern. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich das erste Lager 37 an einer Stelle auf einer Seite nahe dem Hauptgetriebe 41 in Bezug auf das zweite Lager 38. Das Ventilelement 14 ist durch Verschweißen mit dem Stift 15a im distalen Endabschnitt der drehbaren Welle 15 befestigt und in dem Durchlass 11 angeordnet.
Der Endrahmen 36 ist mit einer Mehrzahl von Clips 39 (s. 2 und 3) am Ventilgehäuse 35 befestigt. Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist am proximalen Endabschnitt 15b der drehbaren Welle 15 das mit einem fächerförmigen Zahnrad versehene Hauptgetriebe 41 befestigt. Zwischen dem Ventilgehäuse 35 und dem Hauptgetriebe 41 ist eine Rückstellfeder 40 vorgesehen, um eine Rückstellfederkraft Fs1 zu erzeugen. Diese Rückstellfederkraft Fs1 ist die Kraft, die die drehbare Welle 15 in eine Ventilschließrichtung dreht und das Ventilelement 14 in eine Ventilschließrichtung drückt.
Die Rückstellfeder 40 ist ein elastisches Element aus in Schraubenform gewickeltem Draht und ist, wie in 11 gezeigt, an beiden Enden mit einem jenseitigen Haken 40a und einem diesseitigen Haken 40b versehen. Der jenseitige Haken 40a und der diesseitige Haken 40b sind in einem Abstand von etwa 180° in einer Umfangsrichtung der Rückstellfeder 40 voneinander beabstandet. Der jenseitige Haken 40a befindet sich auf einer Seite nahe des Ventilgehäuses 35 (auf einer weiter entfernten Seite des Zeichenblatts der 11), so dass er mit einem Federhakenteil 35c (s. 19) des Ventilgehäuses 35 in Kontakt ist. Im Gegensatz dazu befindet sich der diesseitige Haken 40b auf einer Seite nahe des Hauptgetriebes 41 (auf einer nahen Seite des Zeichenblatts der 11), so dass er mit einem Federhakenteil 41c des Hauptgetriebes 41 in Kontakt ist.
Wie in 8 bis 11 gezeigt, umfasst das Hauptgetriebe 41 ein Vollschließungs-Anschlagsteil 41a, ein Getriebeteil 41b, ein Federhakenteil 41c, ein Federführungsteil 41d und Weiteres. In Umfangsrichtung (in 11 entgegen dem Uhrzeigersinn) des Hauptgetriebes 41 sind das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a, das Getriebeteil 41b und das Federhakenteil 41c in dieser Reihenfolge angeordnet. Das Hauptgetriebe 41 ist integral mit der drehbaren Welle 15 vorgesehen und dazu ausgebildet, die vom Motor 32 erzeugte Antriebskraft aufzunehmen. Das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a ist ein Teil, das an das Vollschließungs-Anschlagsteil 35b des Ventilgehäuses 35b anstößt, wenn ein Öffnungsgrad θ 0 ist.
Wie in 8 gezeigt ist der Motor 32 in einem Haltehohlraum 35a des Ventilgehäuses 35 untergebracht und befestigt. Der Motor 32 wird betrieben, um eine Antriebskraft zu erzeugen, um die drehbare Welle 15 in eine Ventilöffnungsrichtung und eine Ventilschließungsrichtung zu drehen. Der Motor 32 ist mit der drehbaren Welle 15 verbunden, um die Antriebskraft über den Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus 33 zu übertragen um das Ventilelement 14 zu öffnen und zu schließen. Genauer gesagt ist ein Motorgetriebe 43 an einer Ausgabewelle 32a (s. 10) des Motors 32 befestigt. Dieses Motorgetriebe 43 ist mit dem Hauptgetriebe 41 verbunden um die Antriebskraft über ein Zwischengetriebe 42 dorthin zu übertragen.
Das Zwischengetriebe 42 ist ein Doppelgetriebe mit einem Getriebe mit großem Durchmesser 42a und einem Getriebe mit kleinem Durchmesser 42b und ist durch das Ventilgehäuse 35 über eine StiftWelle 44 drehbar gelagert. Der Durchmesser des Getriebes mit großem Durchmesser 42a ist größer als der Durchmesser des Getriebes mit kleinem Durchmesser 42b. Das Getriebe mit großem Durchmesser 42a ist antriebstechnisch mit dem Motorgetriebe 43 in Eingriff, während das Getriebe mit kleinem Durchmesser 42b antriebstechnisch mit dem Hauptgetriebe 41 in Eingriff ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind das Hauptgetriebe 41, das Zwischengetriebe 42 und das Motorgetriebe 43, die den Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus 33 bilden, jeweils aus Harz gefertigt.
Der Motor 32 ist ein Beispiel für einen „Antriebsmechanismus“ in der vorliegenden Offenbarung. Das Zwischengetriebe 42 (ein Antriebsübertragungsteil) überträgt die Antriebskraft des Motors 32 auf die drehbare Welle 15.
Wenn bei dem Einlassdichtventil 174, das wie oben ausgebildet ist, dem Motor 32 aus einem Zustand Energie zugeführt wird, in dem das Ventilelement 14 in einem Ventilschließung-Zustand gehalten ist (in dem der gesamte Umfang der Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 mit dem gesamten Umfang der Sitzfläche 17 des Ventilsitzes 13 (der Gummisitz 21) in Kontakt ist), wie in 4 gezeigt, auch wenn die Einzelheiten weiter unten beschrieben sind, wird die Kraft (die Motorantriebskraft Fm1 (s. 14)), die die Verzahnung des Getriebes drückt, auf das Hauptgetriebe 41 ausgeübt, wodurch das Ventilelement 14 durch das Prinzip der Hebelwirkung in eine Richtung zum Ventilsitz 13 hin bewegt wird (siehe 15). Wenn danach die an den Motor 32 angelegte Antriebsspannung (Strom) allmählich erhöht wird, werden die Ausgabewelle 32a und das Motorgetriebe 43 in eine Vorwärtsrichtung (d.h. eine Richtung zum Öffnen des Ventilelements 14) gedreht und die Geschwindigkeit dieser Drehung wird durch das Zwischengetriebe 42 verringert und dann auf das Hauptgetriebe 41 übertragen. Dementsprechend wird das Ventilelement 14 entgegen der Rückstellfederkraft Fs1 geöffnet, die von der Rückstellfeder 40 erzeugt wird und das Ventilelement 14 in die Ventilschließrichtung drückt, und damit wird der Durchlass 11 geöffnet (siehe 16 und 18). Wenn anschließend die am Motor 32 anliegende Antriebsspannung beim Öffnen des Ventilelements 14 auf einem konstanten Niveau gehalten wird, werden die Motorantriebskraft Fm1 und die Rückstellfederkraft Fs1 beim Öffnungsgrad des Ventilelements 14 zu diesem Zeitpunkt ausgeglichen, so dass das Ventilelement 14 in einem vorab festgelegten Öffnungsgrad gehalten wird.
Die Einzelheiten des Betriebs des Einlassdichtventils 174 der vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Während des Nichtbetriebs des Motors 32, dem keine Energie zugeführt wird (d.h. während Stillstand des Motors), ist der Ventilöffnungsgrad θ gleich 0, das heißt, das Einlassdichtventil 174 ist vollständig geschlossen (bei einem mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad). Zu diesem Zeitpunkt ist das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a des Hauptgetriebes 41 mit dem Vollschließungs-Anschlagsteil 35b des Ventilgehäuses 35 in Kontakt, wie in 11 gezeigt.
Im obigen Zustand erfährt das Federhakenteil 41c des Hauptgetriebes 41, unter Berücksichtigung des Kräfteverhältnisses in Bezug auf eine Umfangsrichtung der drehbaren Welle 15 oder um diese herum, die Rückstellfederkraft Fs1 vom diesseitigen Haken 40b der Rückstellfeder 40, wie in 12 gezeigt. In einem rechtwinkligen oder kartesischen Koordinatensystem, bestehend aus einem Ursprung, der durch die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 dargestellt ist, einer x-Achse, die durch eine horizontale Linie dargestellt ist, und einer y-Achse, die durch eine vertikale Linie dargestellt ist, ist, wie in 12 gezeigt, ein erster Quadrant ein Teil, der durch eine +x Achse und eine +y Achse definiert ist, ein zweiter Quadrant ist ein Teil, der durch eine -x Achse und die +y Achse definiert ist, ein dritter Quadrant ist ein Teil, der durch die -x Achse und eine -y Achse definiert ist, und ein vierter Quadrant ist ein Teil, der durch die +x Achse und die -y Achse definiert ist. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der jenseitige Haken 40a und das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a in einer dem ersten Quadranten entsprechenden Position und der diesseitige Haken 40b und das Federhakenteil 41c befinden sich in einer dem dritten Quadranten entsprechenden Position.
Dabei ist, basierend auf dem Prinzip der Hebelwirkung, ein Drehpunkt oder ein Angelpunkt an dem Vollschließungs-Anschlagsteil 41a festgelegt, ein Angriffspunkt ist an dem Federhakenteil 41c festgelegt und ein Lastpunkt an einem Mittelteil zwischen dem Vollschließungs-Anschlagsteil 41a und dem Federhakenteil 41c festgelegt. Somit bewirkt die auf das Federhakenteil 41c wirkende Rückstellfederkraft Fs1, dass eine Kraft Fs2 auf das Mittelteil zwischen dem Vollschließungs-Anschlagsteil 41a und dem Federhakenteil 41c wirkt. Dies wird ausgedrückt durch: „Kraft Fs2“ = 2 x „Rückstellfederkraft Fs1“. In 12 ist der Abstand zwischen dem Vollschließungs-Anschlagsteil 41a und dem Federhakenteil 41c auf „2R“ festgelegt.
Zu diesem Zeitpunkt ist unter Berücksichtigung der Kräfteverteilung in Bezug auf einen Querschnitt der drehbaren Welle 15 entlang der Mittelachse Ls ist eine +y Richtungskomponente der Kraft Fs2 eine Kraftkomponente Fs3, wie in 13 gezeigt. Die +y Richtung ist eine Richtung senkrecht zur Richtung der Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 (die x Richtung) und ist eine Richtung, in der der Ventilsitz 13 im Verhältnis zum Ventilelement 14 angeordnet ist (eine Aufwärtsrichtung in den Zeichenblättern der 12 und 13). Dies wird ausgedrückt durch: „Kraftkomponente Fs3“ = „Kraft Fs2“ x „sinθ1“. Der Winkel θ1 ist ein Winkel der Anordnungsrichtung, in der das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a und das Federhakenteil 41c in Bezug auf die x Richtung angeordnet sind, wie in 12 gezeigt.
Diese Kraftkomponente Fs3 bewirkt, dass eine Kraft Fs4 (eine in Trennungsrichtung drängende Kraft) in der +y Richtung auf das Federführungsteil 41d wirkt. Das wird ausgedrückt durch: „Kraft Fs4“ = „Kraftkomponente Fs3“ x Lb/La. Dadurch ist die Kraft Fs4 eine Kraft, die durch die Rückstellfederkraft Fs1 bewirkt wird und in eine Richtung senkrecht zur Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 wirkt. Der Abstand La ist ein Abstand in der x Richtung von einer Stelle, an der das erste Lager 17 angeordnet ist, zu einer Stelle, auf die die Kraft Fs4 wirkt. Der Abstand Lb ist ein Abstand in der x Richtung von der Stelle, wo das erste Lager 37 angeordnet ist, zu einer Stelle, auf die die Kraft Fs3 wirkt.
Wenn die Kraft Fs4 an der Stelle des Federführungsteils 41d in der +y Richtung wirkt, wird die drehbare Welle 15 integral zusammen mit dem Federführungsteil 41d in 13 um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37 im Uhrzeigersinn gedreht und geneigt. Dementsprechend wird gemäß dem Prinzip der Hebelwirkung das im proximalen Ende 15b der drehbaren Welle 15b vorgesehene Hauptgetriebe 41 in der +y Richtung bewegt, während das im Stift 15a der drehbaren Welle 15 vorgesehene Ventilelement 14 in der -y Richtung bewegt wird. Daher wird das Ventilelement 14 in eine Richtung weg vom Ventilsitz 13 (eine Trennrichtung) bewegt. Während das Einlassdichtventil 174 während des Nichtbetriebs des Motors 32 in einem Ventilschließungs-Zustand ist, wird das Ventilelement 14 durch die Kraft Fs4 auf die vorstehend beschriebene Weise in die Richtung weg vom Ventilsitz 13 bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die drehbare Welle 15 vom zweiten Lager 38 gegen weiteres Neigen zurückgehalten.
Zu diesem Zeitpunkt ist das Ventilelement 14 bei der vorliegenden Ausführungsform in Kontakt mit dem Gummisitz 21 (dem Dichtelement), der im Ventilsitz 13 vorgesehen ist, wie in 13 gezeigt. Insbesondere ist das Ventilelement 14 in Kontakt mit dem im Gummisitz 21 vorgesehenen Dichtungsteil 21a, wie in 21 gezeigt. Genauer gesagt ist das Ventilelement 14 mit dem gesamten Umfang der Sitzfläche 17 des Dichtungsteils 21a in Kontakt. Das Dichtungsteil 21a ist dazu ausgebildet, sich zu verformen, wenn es durch das Ventilelement 14 gedrückt wird. Das Dichtungsteil 21a weist eine solche Form auf, dass der Flächendruck eines Abschnitts, der mit der Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 in Kontakt ist, erhöht wird, wenn der stromaufwärtsseitige Druck des Einlassdichtventils 174 größer wird als der stromabwärtsseitige Druck (d.h. ein vorne-hinten Differenzdruck größer wird). Beispielsweise kann das Dichtungsteil 21a eine Kugeldichtung, eine Lippendichtung oder eine andere Art von Dichtung sein. Dadurch schließt (dichtet) der Gummisitz 21 zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Ventilelement 14. Somit verbessert das Einlassdichtventil 174 die Dichtungsleistung bei einfachem Aufbau.
Dementsprechend wird während der Verlangsamung eines Fahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem 101 angebracht ist, wenn die Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 gestoppt werden soll, das Einlassdichtventil 174 vollständig geschlossen, um den Druck im Luftzufuhrkanal 161 zu erhöhen, oder der Stapeldruck im Brennstoffzellenstapel 111 wird verringert, wodurch ein Abdichten der Luft auf einer Einlassseite des Brennstoffzellenstapels 111 ermöglicht wird. Wenn also die Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 unterbrochen ist, wird überschüssige (überflüssige) Luft weniger dem Brennstoffzellenstapel 111 zugeführt. Dadurch kann die überflüssige Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 während der Verlangsamung minimiert werden.
Zu diesem Zeitpunkt stellen der Öffnungsgrad θ und die Öffnungsfläche S den wie durch einen Punkt P1a in 20 gezeigten Zusammenhang her. Dabei bedeutet die Definition „wenn das Einlassdichtventil 174 in einem Vollschließungs-Zustand ist (ein mechanischer Vollschließungs-Zustand)“, dass der Öffnungsgrad θ (der Öffnungsgrad des Ventilelements 14) 0 ist, d.h. der Drehwinkel der drehbaren Welle 15 ein Winkel für die vollständige Schließung (ein kleinster Winkel innerhalb eines Drehbereichs der drehbaren Welle 15) ist.
Während anschließend der Motor 32 durch Energiezuführung angetrieben wird, übt das Getriebe mit kleinem Durchmesser 42b (s. 11) des Zwischengetriebes 42 die Motorantriebskraft Fm1 auf das Getriebeverzahnungsteil 41b (s. 11) des Hauptgetriebes 41 aus, um eine Drehung des Hauptgetriebes 41 zu bewirken. Bei Betrachtung von der Kraftverteilung in Bezug auf die Umfangsrichtung der drehbaren Welle 15 zu diesem Zeitpunkt aus, wirkt die Motorantriebskraft Fm1 in die -y Richtung, wie in 14 gezeigt. Diese -y Richtung ist eine senkrechte Richtung zur Richtung der Mittelachse Lj (die x Richtung) des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 und eine Richtung, in der das Ventilelement 14 relativ zum Ventilsitz 13 angeordnet ist (eine Abwärtsrichtung in den Zeichenblättern der 12 und 13).
Die Motorantriebskraft Fm1 bewirkt, dass die Kraft Fm2 in -y Richtung an der Stelle der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 wirkt. Bei Betrachtung von der Kraftverteilung in Bezug auf den Querschnitt der drehbaren Welle 15 entlang der Mittelachse Ls aus, wirkt des Weiteren eine Kraft Fm3 (eine Sitz-Richtungs-drängende Kraft) in -y Richtung an der Stelle des Federführungsteils 41d, wie in 15 gezeigt. Dies wird ausgedrückt durch: „Kraft Fm3“ = „Kraft Fm2“ x Lb/La. Im Betriebs des Motors 32 wird auf die oben beschriebene Weise die Kraft Fm3 erzeugt. Diese Kraft Fm3 ist eine Kraft, die durch die Motorantriebskraft Fm1 verursacht wird und die in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 wirkt. Die Kraft Fm3 bewirkt, dass sich die drehbare Welle 15 um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37 dreht und neigt und dabei das Ventilelement 14 in Richtung des Ventilsitzes 13 drückt.
Wie in 15 gezeigt, wird die drehbare Welle 15 integral zusammen mit dem Federführungsteil 41d des Hauptgetriebes 41 in 15 um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und geneigt, wenn die Kraft Fm3 größer als die Kraft Fs4 wird. Dementsprechend wird durch das Prinzip der Hebelwirkung das Hauptgetriebe 41 in der -y Richtung bewegt, während sich das Ventilelement 14 in der +y Richtung bewegt. Daher wird das Ventilelement 14 durch die Kraft Fm3 in eine Richtung zum Ventilsitz 13 (die Sitzrichtung) hin bewegt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zu diesem Zeitpunkt das Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 durch das Ventilelement 14 gedrückt und verformt. Dieses Dichtungsteil 21a wird jedoch innerhalb eines elastischen Verformungsbereichs verformt und wird nicht plastisch verformt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Zusammenhang zwischen dem Öffnungsgrad θ und der Öffnungsfläche S wie durch einen Punkt P1b in 20 gezeigt.
Wenn anschließend die an den Motor 32 angelegte Antriebsspannung ansteigt und somit die Motorantriebskraft Fm1 groß wird, wird bewirkt, dass sich die drehbare Welle 15 in 16 weiter entgegen dem Uhrzeigersinn um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37 dreht und neigt. Dementsprechend wird das Hauptgetriebe 41 weiter in die -y Richtung bewegt, während das Ventilelement 14 weiter in die +y Richtung bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die drehbare Welle 15 um die Mittelachse Ls gedreht, sodass der Öffnungsgrad θ (der Drehwinkel der drehbaren Welle 15) ein Öffnungsgrad „α“ wird (s. 17), der einer vom Öffnungsgrad 0° leicht geöffneten Stellung entspricht. In diesem Zustand trennt sich das Vollschließungs-Anschlagsteil 41a des Hauptgetriebes 41 vom Vollschließungs-Anschlagsteil 35b des Ventilgehäuses 35, wie in 17 gezeigt. Dieser Zustand ist ein gesteuerter Vollschließungs-Zustand, der weiter unten beschrieben wird, bei dem der Öffnungsgrad α ein gesteuerter Vollschließungs-Öffnungsgrad ist. Die Einzelheiten des gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrads sind weiter unten beschrieben. Wie in 16 gezeigt, wird die drehbare Welle 15 durch das zweite Lager 38 gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Zusammenhang zwischen dem Öffnungsgrad θ und der Öffnungsfläche S wie ein Punkt P1c in 20 geändert. Die Öffnungsfläche S ist nahezu Null.
Wenn danach die Motorantriebskraft Fm1 größer wird, wird die drehbare Welle 15 weiter um die Mittelachse Ls gedreht, wodurch bewirkt wird, dass sich das Ventilelement 14 vom Ventilsitz 13 trennt, wie in 18 gezeigt, um die Öffnungsfläche S für eine Ventilöffnung zu vergrößern. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventilöffnungsgrad θ „β“ (s. 19). Des Weiteren ist zu diesem Zeitpunkt der Zusammenhang zwischen dem Öffnungsgrad θ und der Öffnungsfläche S wie durch einen Punkt P1d in 20 gezeigt hergestellt. Auf die oben beschriebene Weise wird der Ventilöffnungsvorgang des Einlassdichtventils 174 durch die Motorantriebskraft Fm1 ausgeführt.
Das Auslass-Einbauventil 181 ist ebenfalls wie oben beschrieben ausgebildet, mit Ausnahme der folgenden Ausgestaltung. Im Einzelnen ist bei dem Auslass-Einbauventil 181 das Dichtungsteil des Gummisitzes dazu ausgebildet, den Flächendruck eines Abschnitts, der mit der Dichtfläche des Ventilelements in Kontakt steht, zu verringern, wenn der stromaufwärtsseitige Druck des Auslass-Einbauventils 181 größer wird als der stromabwärtsseitige Druck. Das Umgehungsventil 191 ist ebenfalls wie oben beschrieben ausgebildet, außer dass der Gummisitz 21 fehlt. Bei dem Luftsystem 113 werden, wie vorstehend beschrieben, die in ihrem Aufbau im Wesentlichen identischen exzentrischen Ventile für das Einlassdichtventil 174, das Auslass-Einbauventil 181 und das Umgehungsventil 191 verwendet, wie in 22 gezeigt, um eine Gleichartigkeit der Ventile im Luftsystem 113 zu ermöglichen, mit der Ausnahme, dass sich das Einlassdichtventil 174 und das Auslass-Einbauventil 181 in der Struktur des Gummisitzes unterscheiden und das Umgehungsventil 191 keinen Gummisitz umfasst. Da das Einlassdichtventil 174, das Auslass-Einbauventil 181 und das Umgehungsventil 191 mit Ausnahme der Gummisitze denselben Aufbau haben, ist die Öffnungs- und Schließsteuerung (Betrieb) selbst gleich und somit können diese Ventile zusammen gesteuert werden. Aus der oben genannten Ausbildung können die Kosten des Brennstoffzellensystem 101 verringert und die Steuereinrichtung 201 bei der Steuerung des Öffnens und Schließens der Ventile vereinfacht werden.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform das Einlassdichtventil 174 während eines Systemstopps oder der Verlangsamung vollständig geschlossen werden soll, wird das Ventilelement 14 auf den Ventilsitz 13 gesetzt, indem die Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 auf dem Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 geschoben wird. Mit der Entstehung von Abnutzung des Dichtungsteils 21a durch den Gleitkontakt der Dichtfläche 18 kann das Einlassdichtventil 174 entsprechend keine hohe Dichtleistungsfähigkeit erbringen. Wenn während des Systemstopps die Dichtleistungsfähigkeit des Einlassdichtventils 174 nicht gewährleistet werden kann, kann der Abdichtungsgrad des Brennstoffzellenstapels 111 während des Systemstopps verringert werden, was zu einer Reaktion im Brennstoffzellenstapel 111 und einer Verschlechterung durch Oxidation im Brennstoffzellenstapel 111 führt.
Bei dem Brennstoffzellensystem 101 wird daher, wenn die Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 während der Verlangsamung oder des Systemstopps gestoppt wird, die folgende Steuerung auf Grundlage der vorgenannten Steuerung vorzugsweise ausgeführt, um die Abnutzung des Dichtungsteils 21a zu vermindern und die Dichtleistungsfähigkeit des Einlassdichtventils 174 während des Systemstopps zu verbessern, um eine Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels 111 zu verhindern.
Genauer gesagt muss die Steuereinrichtung 201 nur die Steuerung basierend auf den Kontrollflussdiagrammen in 23 bis 25 ausführen. Die Steuereinrichtung 201 bestimmt zunächst, ob eine Betriebsanforderung an den Brennstoffzellenstapel 111 andauert oder nicht (Schritt S50). Wenn diese Betriebsanforderung an den Brennstoffzellenstapel 111 andauert (Schritt S50: JA), bestimmt die Steuereinrichtung 201 dann, ob das Fahrzeug vom Beschleunigungs-/stationären Zustand in den Verlangsamungszustand wechselt oder nicht (Schritt S51).
Wenn das Fahrzeug vom Beschleunigungs-/stationären Zustand in den Verlangsamungszustand wechselt (Schritt S51: JA), bestimmt die Steuereinrichtung 201, ob ein Auslassauslöseindikator 0 ist oder nicht (Schritt S52). Wenn dieser Auslassauslöseindikator „0“ ist, zeigt dies das Vorliegen der Anforderung an, wohingegen, wenn der Auslassauslöseindikator „1“ ist, das Fehlen der Anforderung angezeigt wird. Die Auslassanforderung wird erzeugt, wenn die im Brennstoffzellenstapel 111 während der Verlangsamung erzeugte elektrische Energie nicht auf die Batterie geladen werden kann.
Wenn der Auslassauslöseindikator 0 ist (Schritt S52: JA), führt die Steuereinrichtung 201 die Vollöffnungssteuerung durch, um das Umgehungsventil 191 aus dem Vollschließungs-Zustand vollständig zu öffnen (Schritt S53). Dementsprechend wirkt der Kompressordruck des Kompressors 172 nicht mehr auf das Einlassdichtventil 174, was zu einer Abnahme des vorne-hinten Differenzdrucks des Einlassdichtventils 174 führt. Wenn der Auslassauslöseindikator 1 ist (Schritt S52: NEIN), führt die Steuereinrichtung 201 die Vorgänge der weiter unten erwähnten Schritten S90 bis S93 durch.
Des Weiteren wird eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung ausgeführt, um das Auslass-Einbauventil 18t von dem Öffnungsgrad, der die ausgegebene (Beschleunigung / stationär) Anforderung vor der Verlangsamung erfüllt, auf einen gesteuerten Voll-Schließungs-Öffnungsgrad α (Schritt S54) zu schließen. Es sei bemerkt, dass der Vorgang in diesem Schritt S54 entfallen kann. Wenn jedoch der Vorgang in Schritt S54 zusätzlich zum Verfahrensschritt S53 durchgeführt wird, kann der vorne-hinten Differenzdruck des Einlassdichtventils 174 verringert werden, selbst wenn eines der Ventile, d.h. das Umgehungsventil oder das Auslass-Einbauventil, ausgefallen ist (Schließfehlfunktion des Umgehungsventils oder Öffnungsfehlfunktion des Auslass-Einbauventils).
Des Weiteren führt die Steuereinrichtung 201 die Ventilschließungssteuerung durch, die das Einlassdichtventil 174 aus dem Vollöffnungs-Zustand bis zu einem vorab festgelegten Öffnungswinkelgrad γ schließt (Schritt S55). Dieser vorab festgelegte Öffnungsgrad γ kann auf einen Öffnungsgrad (z.B. in der Größenordnung von 5 bis 15°) festgelegt sein, der einer Position kurz vor dem Kontakt des Ventilelements 14 mit dem Dichtungsteil 21a entspricht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der vorgegebene Öffnungsgrad γ auf 10° festgelegt.
Die Steuereinrichtung 201 nimmt dann den Kompressordruck (Pin) des Kompressors 172 und den Stapeldruck pstack (Schritt S56) und berechnet einen vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN (= Pin - pstack) des Einlassdichtventils 174 (Schritt S57). Wenn dieser vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN kleiner als ein vorab festgelegter Druck P ist (Schritt S58: JA), führt die Steuereinrichtung 201 die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durch, die den Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 auf einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad einstellt (Schritt S59). Genauer gesagt steuert die Steuereinrichtung 201 den Motor 32, um das Einlassdichtventils 174 bis zum gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α zu schließen. Somit wird der Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 von dem vorab festgelegten Öffnungsgrad γ auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α geändert.
Der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad α ist ein Öffnungsgrad, der etwas größer ist als der mechanische Vollschließungs-Öffnungsgrad (Öffnungsgrad = 0°) und bei dem das Ventilelement 14 im Ventilschließungs-Zustand in Kontakt mit dem Dichtungsteil 21a gehalten wird; beispielsweise kann der Öffnungsgrad α auf mehrere Grad eingestellt sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α auf 3° festgelegt. Der vorab festgelegte Druck P kann auf einen Druckwert (ungefähr mehrere kPa) festgelegt werden, bei dem das Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 niemals verformt wird.
Da das Umgehungsventil 191 zu diesem Zeitpunkt vollständig geöffnet wurde, ist der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 grundsätzlich klein. Bei einem Umgehungsventil 191 mit einer kleinen Ventilöffnung dauert es jedoch beispielsweise vom Öffnen des Umgehungsventils 191 bis der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 klein wird. Dies kann dazu führen, dass das Einlassdichtventil 174 auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α eingestellt wird, bevor der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 abnimmt. Somit kann das Einlassdichtventil 174 in den gesteuerten Vollschließungs-Zustand gebracht werden, während das Dichtungsteil 21a verformt bleibt.
Wenn das Einlassdichtventil 174 in den gesteuerten Vollschließungs-Zustand gebracht werden soll, wird daher, wie vorstehend erwähnt, zunächst das Einlassdichtventil 174 bis zum vorab festgelegten Öffnungsgrad γ geschlossen und, nachdem der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 kleiner als der vorgegebene Druck P wird, wird die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass das Einlassdichtventil 174 in den gesteuerten Vollschließungs-Zustand gebracht wird während das Dichtungsteil 21a verformt bleibt.
Danach bestimmt die Steuereinrichtung 201, ob der Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174, das der in Schritt S59 ausgeführten gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung unterzogen wurde, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α erreicht hat oder nicht (Schritt S60). Wenn bestätigt wird, dass der Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α (Schritt S60: JA) erreicht hat, setzt die Steuereinrichtung 201 einen gesteuerten Vollschließungsindikator des Einlassdichtventils 174 auf 1 (Schritt S61) und führt die Vollschließungssteuerung zum vollständigen Schließen des Umgehungsventils 191 aus dem vollständig geöffneten Zustand durch (Schritt S62). Somit wirkt der Kompressordruck des Kompressors 172 auf das Dichtungsteil 21a des Einlassdichtventils 174 und drückt damit das Dichtungsteil 21a gegen das Ventilelement 14. Daher kann das Einlassdichtventil 174 die Dichtleistungsfähigkeit verbessern, selbst wenn der Öffnungsgrad auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α gesteuert wird. Dementsprechend kann das Einlassdichtventil 174 zum Zeitpunkt des Unterbrechens der Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 während der Verlangsamung gegen die Luft abdichten, auch wenn das Einlassdichtventil 174 in den gesteuerten Vollschließungs-Zustand gebracht wird, ohne mechanisch vollständig geschlossen zu sein.
Bei dem Einlassdichtventil 174 unterscheidet sich, wie vorstehend beschrieben, der Vollschließungs-Öffnungsgrad (gesteuerter Vollschließungs-Öffnungsgrad) während der Verlangsamung vom Vollschließungs-Öffnungsgrad (mechanischer Vollschließungs-Öffnungsgrad) während des Systemstopps. Daher unterscheiden sich, wie in 26 gezeigt, die Stelle eines Kontaktpunkts CP1 zwischen dem Ventilelement 14 und dem Dichtungsteil 21a im mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad-Zustand während des Systemstopps und die Stelle eines Kontaktpunkts CP2 zwischen dem Ventilelement 14 und dem Dichtungsteil 21a im gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad-Zustand während der Verlangsamung voneinander. Während der Verlangsamung, bei der das Einlassdichtventil 174 so betrieben wird, dass es mit hoher Frequenz vollständig geschlossen wird, kann sich das Dichtungsteil 21a in der Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung (die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung: Öffnungsgrad θ = α) abnutzen. Im Gegensatz dazu kann während eines Systemstopps, bei dem das Einlassdichtventil 174 im Vergleich zur Verlangsamung weniger betätigt wird, eine Abnutzung des Dichtungsteils 21a in der Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung (die mechanische Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung: Öffnungsgrad θ = 0) stark verringert werden. Dementsprechend kann das Einlassdichtventil 174 die Dichtleistungsfähigkeit bei Systemstopp verbessern. Bei dem Einlassdichtventil 174 wird das Dichtungsteil 21a auch dann, wenn das Dichtungsteil 21a bei der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung abgenutzt wurde, durch den Kompressordruck des Kompressors 172 während der Verlangsamung gegen das Ventilelement 14 gedrückt. Dadurch kann eine große Dichtleistungsfähigkeit erzielt werden.
Wenn die Auslassanforderung vorliegt (Schritt S80: JA) nimmt die Steuereinrichtung 201, wie in 24 gezeigt, den Kompressordruck (Pin) und die Kompressordrehzahl (cprpm) des Kompressors 172 (Schritt S81). Die Steuereinrichtung 201 bestimmt dann, ob der Kompressordruck (Pin) kleiner als ein Soll-Auslassdruck A (Pin < A) ist oder nicht (Schritt S82). Wenn der Kompressordruck (Pin) kleiner als der Soll-Auslassdruck A ist (Schritt S82: JA), steuert die Steuereinrichtung 201 das Umgehungsventil 191 so, dass es sich schließt, um den Kompressordruck (Pin) zu erhöhen (Schritt S83). Wenn der Kompressordruck (Pin) gleich groß wie oder größer als der Soll-Auslassdruck A ist (Schritt S82: NEIN), steuert die Steuereinrichtung 201 das Umgehungsventil 191 so, dass es sich öffnet, um den Kompressordruck (Pin) zu verringern (Schritt S84).
Die Steuereinrichtung 201 bestimmt dann, ob die Kompressordrehzahl (cprpm) kleiner als die Soll-Auslassdrehzahl B (cprpm < B) ist oder nicht (Schritt S85). Wenn die Kompressordrehzahl (cprpm) kleiner ist als die Soll-Auslassdrehzahl B (Schritt S85: JA), erhöht die Steuereinrichtung 201 die Drehzahl des Kompressors 172 (Schritt S86). Wenn die Kompressordrehzahl (cprpm) gleich groß wie oder größer als die Soll-Auslassdrehzahl B (Schritt S85: NEIN) ist, verringert die Steuereinrichtung 201 die Drehzahl des Kompressors 172 (Schritt S87).
Durch die vorgenannte Auslasssteuerung ist es möglich, den Kompressordruck und die Kompressordrehzahl jeweils um den Soll-Auslassdruck A und die Soll-Auslassdrehzahl B zu regeln, um dadurch zu bewirken, dass der Kompressor 172 überschüssige elektrische Energie, die im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugt wird, effizient abführt.
Wenn im Gegensatz dazu die Auslassanforderung fehlt, d.h. wenn das Laden der Batterie möglich ist (Schritt S80: NEIN), setzt die Steuereinrichtung 201 den Auslassauslöseindikator auf 1 (Schritt S88). Die Steuereinrichtung 201 bestimmt dann, ob eine Hilfseinrichtungs-(AUXS) Energieerzeugungsanforderung fehlt (Schritt S90). Wenn die AUXS-Energieerzeugungsanforderung fehlt (Schritt S90: JA), führt die Steuereinrichtung 201 die regenerative Bremssteuerung durch und öffnet das Umgehungsventil 191 und steuert die Drehzahl des Kompressors 172 gemäß der regenerativen Bremsanforderung, um die im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugte elektrische Energie auf die Batterie zu laden. Da das Umgehungsventil 191 geöffnet ist, ist die Last (Stromverbrauch) des Kompressors 172 gering, auch wenn der Kompressor 172 auf der konstanten Drehzahl gehalten wird.
Wenn die AUXS-Energieerzeugungsanforderung vorliegt (Schritt S90: NEIN), bestimmt die Steuereinrichtung 201, ob der gesteuerte Vollschließungsindikator 0 ist oder nicht (Schritt S92). Wenn der gesteuerte Vollschließungsindikator des Einlassdichtventils 174 0 ist (Schritt S92: JA), steuert die Steuereinrichtung 201 den Öffnungsgrad des Auslass-Einbauventils 181 und den Öffnungsgrad des Umgehungsventils 191 einzeln und steuert auch die Drehzahl des Kompressors 172 entsprechend der AUXS-Energieerzeugungsanforderung (Schritt S93). Wenn der gesteuerte Vollschließungsindikator des Einlassdichtventils 174 1 ist (Schritt S92: NEIN), werden die Vorgänge in Schritt S70 und darauffolgenden Schritte, welche weiter unten beschrieben werden, durchgeführt.
Wieder in Bezug auf 23 bestimmt die Steuereinrichtung 201, wenn der Beschleunigungs-/stationäre Zustand aufrechterhalten wird oder wenn die Verlangsamung beendet wird (Schritt S51: NEIN), wie in 25 gezeigt, ob der gesteuerte Vollschließungsindikator des Einlassdichtventils 174 1 ist oder nicht (Schritt S70). Wenn der gesteuerte Vollschließungsindikator 1 ist (Schritt S70: JA), wird die Return-(„Zurück“-)Steuerung der Verlangsamungssteuerung durchgeführt. Genauer gesagt führt die Steuereinrichtung 201 die Vollöffnungssteuerung aus, um das Umgehungsventil 191 aus dem Vollschließungs-Zustand vollständig zu öffnen (Schritt S71). Zu diesem Zeitpunkt wird das Auslass-Einbauventil 181 kontinuierlich der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung unterzogen (Schritt S72). Falls der Vorgang in Schritt S54 weggelassen wird, ist der Vorgang in Schritt S72 nicht erforderlich.
Zu diesem Zeitpunkt kann das Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 durch den Differenzdruck zurückgekrümmt und verformt werden, wenn der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 groß ist. Wenn das Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 beim Öffnen des Einlassdichtventils 174, wie in 27 gezeigt, zurück gekrümmt oder gerollt wird, kann sich das Dichtungsteil 21a außergewöhnlich abnutzen. Wenn das Dichtungsteil 21a außergewöhnlich abgenutzt ist, kann das Einlassdichtventil 174 die Dichtleistungsfähigkeit bei der Vollschließung nicht gewährleisten.
Daher nimmt die Steuereinrichtung 201 den Kompressordruck (Pin) des Kompressors 172 und den Stapeldruck (pstack) (Schritt S73) und berechnet den vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN (= Pin - pstack) des Einlassdichtventils 174 (Schritt S74). Wenn der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN kleiner als ein vorab festgelegter Druck P ist (Schritt S75: JA), führt die Steuereinrichtung 201 die Vollöffnungssteuerung durch, die den Öffnungsgrad des Eingangsdichtventils 174 vom gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad auf einen Vollöffnungs-Öffnungsgrad einstellt (Schritt S76). Danach setzt die Steuereinrichtung 201 den gesteuerten Vollschließungsindikator des Einlassdichtventils 174 auf 0 (Schritt S77) und den Auslassauslöseindikator auf 0 (Schritt S78).
Dementsprechend wird das Einlassdichtventil 174 geöffnet, nachdem der vorne-hinten Differenzdruck ΔPIN des Einlassdichtventils 174 wie oben klein wird. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass das Dichtungsteil 21a des Gummisitzes 21 bei der Ventilöffnung des Einlassdichtventils 174 zurückgekrümmt und verformt wird. Wenn das Einlassdichtventil 174 nach Abschluss der Verlangsamung geöffnet werden soll, kann daher das Einlassdichtventil 174 einen außergewöhnlichen Verschleiß des Dichtungsteils 21a des Gummisitzes 21 verhindern und kann somit die Dichtleistungsfähigkeit des Einlassdichtventils 174 verbessern.
Wenn der gesteuerte Vollschließungsindikator 0 ist, d.h. wenn der Beschleunigungs-/stationäre Zustand aufrechterhalten wird (Schritt S70: NEIN), wird das Einlassdichtventil 174 in der Vollöffnungs-Stellung gehalten. Die Steuereinrichtung 201 steuert individuell den Öffnungsgrad des Auslass-Einbauventils 181 und den Öffnungsgrad des Umgehungsventils 191 entsprechend der Ausgabeanforderung (Beschleunigung / stationär) zu diesem Zeitpunkt und steuert auch die Drehzahl des Kompressors 172 (Schritt S79).
Wieder in Bezug auf 23, wenn die Betriebsanforderung des Brennstoffzellenstapels 111 nicht fortgesetzt wird, d.h. wenn eine Systemstopp-Anforderung vorliegt (Schritt S50: NEIN), führt die Steuereinrichtung 201 die Vorgänge in Schritt S100 und darauffolgenden Schritten zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 101 durch.
Dabei ist, wenn die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung während der Verlangsamung durchgeführt wird, die Anzahl der Male, die das Ventilelement 14 auf dem Dichtungsteil 21a geschoben wird, bei einer in 28 gezeigten gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung während der Verlangsamung stärker erhöht als bei einer mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung während des Systemstopps. Daher wird, wie in 29 gezeigt, ein Abschnitt (schraffierter Abschnitt) des Dichtungsteils 21a, der bei der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad-Stellung in Bezug auf das Ventilelement 14 mit diesem in Kontakt ist und verschoben wird, abgenutzt, was dazu führen kann, dass sich im Dichtungsteil 21a eine Verschleißstufe oder ein Grat D bildet, wie in 30 gezeigt. Wenn die Verschleißstufe D im Dichtungsteil 21a gebildet ist, könnte das Einlassdichtventil 174 während des Systemstopps nicht allein durch die Druckkraft (die Rückstellfederkraft Fs1) der Rückstellfeder 40 bis zum mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad (Öffnungsgrad = 0°) geschlossen werden.
Wenn das System angehalten werden soll, führt die Steuereinrichtung 201 daher die unten beschriebene Nullöffnungs-Steuerung am Einlassdichtventil 174 durch, um das Einlassdichtventil 174 während des Systemstopps zuverlässig in einen Vollschließungs-Zustand (einen mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad) zu bringen.
Genauer gesagt führt die Steuereinrichtung 201 die Vollöffnungssteuerung aus, um das Umgehungsventil 191 von dem Vollschließungs-Zustand vollständig zu öffnen (Schritt S100). Die Steuereinrichtung 201 führt des Weiteren die Nullöffnungs-Steuerung durch, die den Motor 32 steuert, um den Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 zwangsweise auf 0° einzustellen, um dadurch das Einlassdichtventil 174 in einen Vollschließungs- (einen mechanischen Vollschließungs-)Zustand zu bringen (Schritt S101). Ebenso wird das Auslass-Einbauventil 181 der Nullöffnungs-Steuerung unterzogen um vollständig geschlossen zu werden (Schritt S102).
Anschließend stoppt die Steuereinrichtung 201 den Kompressor 172. Wenn die Drehzahl 0 (Null) wird (Schritt S103: JA), führt die Steuereinrichtung 201 die Vollschließungssteuerung durch, die das Umgehungsventil 191 von vollständig geöffnet zu vollständig geschlossen betätigt (Schritt S104) und das Brennstoffzellensystem 101 stoppt (Schritt S105).
Da das Brennstoffzellensystem 101 wie vorstehend beschrieben gestoppt wird, kann das Einlassdichtventil 174, auch wenn im Dichtungsteil 21a eine Verschleißstufe D auftritt, durch den Motor 32 zuverlässig bis zum mechanischen Vollschließungs-Öffnungsgrad geschlossen werden. Des Weiteren kann das Dichtungsteil 21a, wie vorstehend beschrieben, bei der mechanischen Vollschließungs-Stellung stark gegen Abnutzung geschützt werden. Dementsprechend kann das Einlassdichtventil 174 die Dichtleistungsfähigkeit während eines Systemstopps verbessern. In der vorliegenden Ausführungsform ist darüber hinaus auch das Auslass-Einbauventil 181 dazu ausgebildet, die Nullöffnungs-Steuerung wie beim Einlassdichtventil 174 durchzuführen. Somit kann das Auslass-Einbauventil 181 auch die Dichtleistungsfähigkeit während eines Systemstopps verbessern. Der Abdichtungsgrad des Brennstoffzellenstapels 111 während des Systemstopps kann erhöht werden. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Reaktion im Brennstoffzellenstapel 111 auftritt, geringer und die Verschlechterung aufgrund von Oxidation im Brennstoffzellenstapel 111 kann unterdrückt werden.
Als nächstes wird das Erlernen der gesteuerten Vollschließungs-Stellung des Einlassdichtventils 174 beschrieben. Wenn das Einlassdichtventil 174 während der Verlangsamung, wie vorstehend beschrieben, vollständig geschlossen werden soll, führt die Steuereinrichtung 201 die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durch, die den Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α einstellt (s. Schritt S59 in 23). Dabei wird die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung während der Verlangsamung ausgeführt, bei der das Fahrzeug mit hoher Frequenz betrieben wird, so dass der Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 mit hoher Frequenz zum gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α wird. Dadurch erhöht sich die Anzahl der Male, die das Ventilelement 14 mit dem Dichtungsteil 21a des im Ventilsitz 13 vorgesehenen Gummisitzes 21 in Kontakt kommt, was zu einer starken Abnutzung des Dichtungsteils 21a führen kann. Dementsprechend gibt es Bedarf, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α zu steuern, um die Abnutzung des Dichtungsteils 21a zu verringern.
Wenn das Dichtungsteil 21a stark abgenutzt ist, was dazu führt, dass im Einlassdichtventil 174 Luftaustritt auftritt, wenn der Öffnungsgrad des Einlassdichtventils 174 auf den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad α eingestellt wird, wird dem Brennstoffzellenstapel 111 überflüssige Luft zugeführt. In diesem Fall reagiert die zugeführte überflüssige Luft mit bereits dem Brennstoffzellenstapel 111 zugeführtem Wasserstoffgas und verursacht Energieerzeugung, sodass im Brennstoffzellenstapel 111 überflüssige elektrische Energie erzeugt wird. Wenn in der Brennstoffzelle viel überflüssige elektrische Energie erzeugt wird, kann eine solche elektrische Energie nicht vollständig nur durch den Stromverbrauch der Hilfseinrichtungen abgeführt werden. Da beispielsweise der Stromverbrauch des Kompressors 172 erhöht werden muss, kann die Drehzahl des Kompressors 172 zunehmen oder der Druck an einem Ausgang des Kompressors 172 kann zunehmen. Diese Situationen können den Kraftstoffverbrauch verschlechtern oder Schwingungen (NV) erzeugen.
Somit wird der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad α entsprechend dem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils 21a gesteuert, so dass die durch das Einlassdichtventil 174 austretende Luftmenge während der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung auf Null gehalten werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 basierend auf der Menge der im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugten elektrischen Energie („Energieerzeugungsmenge“) bestimmt und damit der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad α zu einer Ventilschließseite (in Richtung 0°) geändert (erlernt). In der folgenden Beschreibung wird der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad α der Einfachheit halber als ein gesteuerter Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ bezeichnet.
Genauer gesagt, führt die Steuereinrichtung 201 die in 31 gezeigte Steuerung durch. Wie in 31 gezeigt, nimmt die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung (Schritt S201: JA), nachdem durch Stapel-Restenergieerzeugung gewonnene elektrische Energie vollständig verbraucht ist (Schritt S202: JA), einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ (ein Öffnungsgrad α⁺(i)) vor (Schritt S203). Der in Schritt S203 vorgenommene gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ wird als ein Öffnungsgrad α⁺(i) übernommen.
Dabei ist der Zustand „während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung“ beispielsweise als eine Situation zu verstehen, bei der das Einlassdichtventil 174 während der Verlangsamung vollständig geschlossen wird (Schritt S59 in 23), wie oben beschrieben. Dieser Zustand ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann auch eine andere Situation beinhalten, bei der das Einlassdichtventil 174 während anderen Vorgängen außer während der Verlangsamung vollständig geschlossen ist.
Des Weiteren bezeichnet der Zustand „durch Stapel-Restenergieerzeugung gewonnene elektrische Energie“ die elektrische Energie, die im Brennstoffzellenstapel 111 mit der Luft erzeugt wird, die im Brennstoffzellenstapel 111 verbleibt, wenn die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird, die die Unterbrechung der Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 beginnt.
Der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ (der Öffnungsgrad α⁺(i)) ist ein Öffnungsgrad, der etwas größer ist als der mechanische Vollschließungs-Öffnungsgrad (der Öffnungsgrad 0°), bei dem das Ventilelement 14 mit dem Dichtungsteil 21a in Kontakt ist und in einem Ventilschließungs-Zustand gehalten wird. Dieser Öffnungsgrad ist beispielsweise auf einige Grad eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ (der Öffnungsgrad α⁺(i)) auf 3° oder kleiner eingestellt, wobei der Buchstabe i eine positive ganze Zahl ist.
Die Steuereinrichtung 201 nimmt sukzessive eine Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw, die eine Energieerzeugungsmenge des Brennstoffzellenstapels 111 ist (Schritt S204), und bestimmt, ob diese Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw kleiner als eine vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw ist (Schritt S205). Die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw ist eine Energieerzeugungsmenge, bei der die Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 als unterbrochen eingeschätzt oder erachtet werden kann; beispielsweise 0 kW bis einige (z.B. 3) kW.
Dabei wird der Brennstoffzellenstapel 111 mit Wasserstoffgas in einem satten (viel) Zustand gehalten. Je nachdem, ob dem Brennstoffzellenstapel 111 Luft zugeführt wird oder nicht, führt der Brennstoffzellenstapel 111 somit die Energieerzeugung durch oder stoppt sie. Bei der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung wird daher, wenn kein Luftaustritt im Einlassdichtventil 174 auftritt, die Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 gestoppt und somit die Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 gestoppt. Wenn die Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 andauert, zeigt dies an, dass dem Brennstoffzellenstapel 111 Luft zugeführt wird. Es wird daher angenommen, dass im Einlassdichtventil 174 ein Luftaustritt auftritt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 201 daher dazu ausgebildet, die Menge der durch das Einlassdichtventil 174 austretenden Luft basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw zu bestimmen. Dabei ist die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw die Menge an elektrischer Energie, die im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugt wird, nachdem die zu Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung im Brennstoffzellenstapel 111 verbleibende Luft verbraucht wurde. Die zu Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung im Brennstoffzellenstapel 111 verbleibende Luftmenge ergibt sich aus der Luftdurchflussmenge, die im Luftzufuhrkanal 161 kurz vor Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung strömt, z.B. basierend auf der Drehzahl des Kompressors 172.
Wenn festgestellt wird, dass die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw oder größer als diese ist (Schritt S205: NEIN), wird dementsprechend angenommen, dass Luftaustritt im Einlassdichtventil 174 auftritt. Daher führt die Steuereinrichtung 201 eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad-Ventilschließungssteuerung durch, d.h. aktualisiert den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad (Schritt S206). Dabei ist die „gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad-Ventilschließungssteuerung“ eine Steuerung, die den Öffnungsgrad α⁺(i) (den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad) zur Ventilschließseite (in Richtung 0°) korrigiert oder aktualisiert. Genauer gesagt macht die Steuereinrichtung 201 eine Berechnung unter Verwendung des folgenden Ausdrucks: $α^{+} (i) = α^{+} (i - 1) - a%$
wobei a% = 0,01 bis 0,1% ist.
Nach Abschluss der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad-Ventilschließungssteuerung in Schritt S206 und weiter nach Ablauf einer festgelegten Zeit t (z.B. einige Sekunden (1 bis 2 Sekunden)) (Schritt S207: JA), nimmt die Steuereinrichtung 201 wieder eine Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw (Schritt S204).
Wenn die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw kleiner als die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw (Schritt S205: JA) ist, wird angenommen, dass im Einlassdichtventil 174 kein Luftaustritt auftritt, d.h. dass die Austrittsmenge Null ist, führt die Steuereinrichtung 201 das gesteuerte Vollschließungs-Stellungs-Lernen durch, d.h. Speichern des gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrads (Schritt S208). Genauer gesagt lernt die Steuereinrichtung 201 in Schritt S208, d.h. korrigiert den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ auf den Öffnungsgrad α⁺(i).
Bei der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung, nachdem die durch Stapel-Restenergieerzeugung gewonnene elektrische Energie verbraucht ist, die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw. Wenn festgestellt wird, dass Luftaustritt im Einlassdichtventil 174 aufgetreten ist, da die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw oder größer als diese ist, korrigiert die Steuereinrichtung 102 weiter den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ zur Ventilschließseite bis zum Erreichen eines Nullstellungs-Öffnungsgrads, bei dem die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 Null wird. Wenn die Steuereinrichtung 201 im Gegensatz feststellt, dass kein Luftaustritt im Einlassdichtventil 174 aufgetreten ist, d.h. dass die Austrittsmenge Null ist, da die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw kleiner als die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge Akw ist, behält die Steuereinrichtung 201 den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ bei.
Gemäß oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform korrigiert die Steuereinrichtung 201während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn festgestellt wird, dass ein Luftaustritt im Einlassdichtventil 174 aufgetreten ist, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ zur Ventilschließseite, bis zum Erreichen des Nullstellungs-Öffnungsgrads, bei dem die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 Null wird.
Dementsprechend korrigiert die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn Luftaustritt aufgrund von Abnutzung des Dichtungsteils 21a im Einlassdichtventil 174 auftritt, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ zur Ventilschließseite entsprechend dem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils 21a, so dass die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 auf Null verringert werden kann. Dadurch wird überflüssige Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 verringert und somit kann überflüssige Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 verhindert werden. Somit ist die Entlastung mittels Energieverbrauch durch Hilfseinrichtungen nicht mehr erforderlich, um die durch überflüssige Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen. Dies kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und das Auftreten von NV verhindern.
Wenn dabei der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ im Voraus auf einen solchen Öffnungsgrad eingestellt ist, dass bewirkt wird, dass der auf die Dichtfläche 18 des Ventilelements 14 wirkende Flächendruck des Dichtungsteils 21a verringert wird, ist mit einem Auftreten von Luftaustritt durch leichten Verschleiß des Dichtungsteils 21a zu rechnen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgrad Kα⁺ entsprechend dem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils 21a gesteuert, so dass der Flächendruck des Dichtungsteils 21a verringert wird, um die Abnutzung des Dichtungsteils 21a zu verringern, d.h. die Lebensdauer zu erhöhen, und auch die Luftaustrittsmenge kann während der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung auf Null gehalten werden.
Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 201 dazu ausgebildet, die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw zu bestimmen. Somit ist es nicht erforderlich, weiter ein zusätzliches Erfassungsmittel, beispielsweise einen Sensor, zur Erfassung der Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 einzusetzen. Auf diese Weise kann eine Kostenreduzierung erreicht werden.
Die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw ist die Menge an elektrischer Energie, die erzeugt wird, nachdem die Luft, die zu Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung im Brennstoffzellenstapel 111 verbleibt, verbraucht wurde. Somit wird die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw die der Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 entsprechende Energieerzeugungsmenge, die während der Durchführung der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung erzeugt wird. Die Luftaustrittsmenge im Einlassdichtventil 174 kann dementsprechend basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw bestimmt werden.
Als nächstes wird das Erlernen einer gesteuerten Stellung des Auslass-Einbauventils 181 zum Antreiben von Hilfseinrichtungen („AUXS-Steuerungs-Stellungs-Lernen“) beschrieben. Zum Zeitpunkt einer AUXS-Energieerzeugungsanforderung, zum Beispiel wenn in 24 eine AUXS-Energieerzeugungsanforderung vorliegt (Schritt S90: NEIN), führt die Steuereinrichtung 201 eine AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung durch, die den Öffnungsgrad des Auslass-Einbauventils 181 auf einen AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad einstellt, der einer Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge entspricht. Die Voraussetzung „zum Zeitpunkt einer AUXS-Energieerzeugungsanforderung“ gibt die Zeit an, zu der die Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 angefordert wird, um Hilfseinrichtungen, beispielsweise den Kompressor 172, anzutreiben.
Zu diesem Zeitpunkt ist der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad auf einen sehr kleinen Öffnungsgrad eingestellt und somit ist die Kontaktfläche zwischen dem Ventilelement 14 und dem Dichtungsteil 21a groß. Dieser Zustand kann zu einer Abnutzung des Dichtungsteils 21a führen und zu einer Erhöhung der Durchflussmenge (der Austrittsmenge) der Luft im Auslass-Einbauventil 181 führen. Folglich steigt die dem Brennstoffzellenstapel 111 zugeführte Luftmenge, was zu einer übermäßigen Energieerzeugungsmenge im Brennstoffzellenstapel 111 führt. Zum Verbrauchen dieser überflüssigen elektrischen Energie verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch und die Hilfseinrichtungen müssen überflüssigerweise angetrieben werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt die Steuereinrichtung 201 daher basierend auf der bei der Ausführung der Steuerung des Auslass-Einbauventils 181 für Hilfseinrichtungen („AUXS-Steuerung“) erhaltenen Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw fest, dass sich die Luftdurchflussmenge aufgrund von Abnutzung des Dichtungsteils 21a im Auslass-Einbauventil 181, wie beim Einlassdichtventil 174, erhöht, und ändert, d.h. erlernt, den AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerten Öffnungsgrad zur Ventilschließseite (in Richtung 0°).
Genauer gesagt führt die Steuereinrichtung 201 die in 32 gezeigte Steuerung durch. Wie in 32 gezeigt, erhält die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der AUXS-Steuerung, die den Öffnungsgrad des Auslass-Einbauventils 181 gemäß der AUXS-Energieerzeugungsanforderung (Schritt S301: JA) steuert, eine Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw (Schritt S302). Dabei ist die „Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw“ die Menge an im Brennstoffzellenstapel 111 erzeugter elektrischer Energie, die zur Durchführung der AUXS-Steuerung angefragt wird.
Die Steuereinrichtung 201 erhält sukzessive einen AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerten Öffnungsgrad β, d. h. einen Soll-Auslassventil-gesteuerten Öffnungsgrad, basierend auf der erhaltenen Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw unter Bezugnahme auf einen in 33 gezeigten Zusammenhangs-Graphen.
Die Steuereinrichtung 201 nimmt dann einen korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) (Schritt S304) und erhält einen AUXS-Energieerzeugungs-Auslassventil-gesteuerten Öffnungsgrad tβ (Schritt S305). Genauer gesagt korrigiert die Steuereinrichtung 201 den AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerten Öffnungsgrad β mit dem korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i), um den AUXS-Energieerzeugungs-Auslassventil-gesteuerten Öffnungsgrad tβ durch den folgenden Ausdruck zu berechnen: $t β=β + k β (i)$
Die Steuereinrichtung 201 stellt weiter den Öffnungsgrad des Auslass-Einbauventils 181 auf den AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerten Auslassventil-Öffnungsgrad tβ (Schritt S306) ein. Anschließend nimmt die Steuereinrichtung 201 nach Ablauf einer festgelegten Zeit (z.B. einige Sekunden (1 von 2 Sekunden)) (Schritt S307: JA) die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw (Schritt S308) und bestimmt, ob diese Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw gleich der oder kleiner als die Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw ist oder nicht (Schritt S309).
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben beschriebenen, nach Ablauf der festgelegten Zeit von der Steuerung des Auslass-Einbauventils 181 auf den AUXS-Energieerzeugungs-Auslassventil-gesteuerten Öffnungsgrad tβ ab, die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw bewertet.
Wenn ermittelt wird, dass die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw größer als die Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw ist (Schritt S309: NEIN), wird davon ausgegangen, dass die Durchflussmenge der Luft, die durch das Auslass-Einbauventil 181 strömt, überhöht ist, d.h. die Luftdurchflussmenge größer als eine erste vorab festgelegte Durchflussmenge ist, erhält die Steuereinrichtung 201 den korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) (Schritt S310). Dabei aktualisiert die Steuereinrichtung 201 in Schritt S310 den korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) zur Ventilschließseite (gegen 0°). Im Schritt S310 führt die Steuereinrichtung 201 daher eine Berechnung unter Verwendung des folgenden Ausdrucks durch: $k β (i) = k β (i - 1) - b%$
wobei b% beispielsweise 0,1% bis 1% ist und größer als das vorstehende a%.
Anschließend nimmt die Steuereinrichtung 201 den korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) (Schritt S304). Wenn die Steuereinrichtung 201 nach Durchführen der Vorgänge in den Schritten S305 bis S308 bestimmt, dass die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw gleich oder kleiner als die Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge Bkw ist (Schritt S309: JA), bestimmt die Steuereinrichtung 201 weiter, ob die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw gleich oder größer als eine vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge (Bkw-Ckw) ist oder nicht (Schritt S311). Diese Ckw ist ein Wert, der beispielsweise so groß ist wie 10% bis 20% der Bkw.
Wenn ermittelt wird, dass die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw gleich oder größer als die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge (Bkw-Ckw) ist (Schritt S311: JA), führt die Steuereinrichtung 201 das AUXS-Steuerungs-Stellungs-Lernen (Speichern) durch (Schritt S312). Die Steuereinrichtung 201 korrigiert den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zur Ventilschließseite (in Richtung 0°) bis zum Erreichen eines ersten Soll-Stellungs-Öffnungsgrads, bei dem die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 die erste vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Wenn Im Gegensatz dazu ermittelt wird, dass die Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw kleiner als die vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge (Bkw-Ckw) ist (Schritt S311: NEIN), wird angenommen, dass die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 zu gering ist, d.h. die Luftdurchflussmenge kleiner als eine zweite vorab festgelegte Durchflussmenge ist, die kleiner als die erste vorab festgelegte Durchflussmenge ist, erhält die Steuereinrichtung 201 den korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) (Schritt S313) und führt weiter die Verfahren in Schritt S304 und nachfolgenden Schritten aus. Dabei aktualisiert die Steuereinrichtung 201 in Schritt S313 den korrekturgesteuerten Öffnungsgrad kβ(i) zu einer Ventilöffnungsseite. In Schritt S313 führt die Steuereinrichtung 201 daher eine Berechnung unter Verwendung des folgenden Ausdrucks durch: $k β (i) = k β (i - 1) + b%$
Auf die vorstehende Weise korrigiert die Steuereinrichtung 201 den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zur Ventilöffnungsseite, bis ein zweiter Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 die zweite vorab festgelegte Durchflussmenge ist.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist die AUXS-Steuerung die Steuerung, die mit einem sehr kleinen Öffnungsgrad durchzuführen ist. Es wird angenommen, dass dieser Öffnungsgrad gemäß einer Energieerzeugungsanforderung (ein Öffnungsgrad) leicht abweicht. Somit wird die Rückkopplungssteuerung unter Verwendung der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw durchgeführt.
Gemäß der vorstehenden vorliegenden Ausführungsform korrigiert die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung, wenn festgestellt wird, dass die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 größer als die erste vorab festgelegte Durchflussmenge ist, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zur Ventilschließseite, bis der erste Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 die erste vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Wenn dementsprechend während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 aufgrund der Abnutzung des Dichtungsteils 21a zunimmt, korrigiert die Steuereinrichtung 201 den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zur Ventilschließseite entsprechend dem Maß an Abnutzung des Dichtungsteils 21a, so dass die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 auf die Soll-Durchflussmenge eingestellt werden kann. Somit wird überflüssige (überschüssige) Luftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel 111 verringert und somit kann überflüssige (überschüssige) Energieerzeugung im Brennstoffzellenstapel 111 verhindert werden. Folglich kann das System verhindern, dass elektrische Energie im Brennstoffzellenstaple 111 übermäßig erzeugt wird und kann somit eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindern und es kann auch auf das überflüssige Antreiben der Hilfseinrichtungen verzichtet werden.
Wenn die Steuereinrichtung 201 während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung feststellt, dass die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 kleiner ist als die zweite vorab festgelegte Durchflussmenge, die kleiner ist als die erste vorab festgelegte Durchflussmenge, korrigiert die Steuereinrichtung 201 den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zur Ventilöffnungsseite, bis der zweite Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 die zweite vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Dementsprechend ist es bei Durchführung der Steuerung, die den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad korrigiert, möglich, das Auftreten einer Ausbuchtung des Auslass-Einbauventils 181 zu verhindern und die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 innerhalb eines Zielbereichs zu steuern. Somit kann der Brennstoffzellenstapel 111 die elektrische Energie wie gewünscht erzeugen und ermöglicht so den Antrieb der Hilfseinrichtungen als Reaktion auf die AUXS-Energieerzeugungsanforderung.
Die Steuereinrichtung 201 bestimmt des Weiteren die Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 basierend auf der Stapel-Energieerzeugungsmenge sekw. Folglich ist es nicht erforderlich, weiter ein zusätzliches Erfassungsmittel, beispielsweise einen Sensor, zur Erfassung der Luftdurchflussmenge im Auslass-Einbauventil 181 einzusetzen. Dadurch kann eine Kostenverringerung erzielt werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und stellen keine Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung dar. Die vorliegende Offenbarung kann durch andere spezifische Ausbildungsformen verwirklicht sein, ohne von den wesentlichen Merkmalen derselben abzuweichen. So ist beispielsweise bei der vorgenannten Ausführungsform der Gummisitz 21 im Ventilsitz 13 vorgesehen. Alternativ dazu kann dieser Gummisitz 21 im Ventilelement 14 vorgesehen sein. Des Weiteren kann die drehbare Welle 15 in einem beidseitig gelagerten Aufbau ausgebildet sein, sodass ihre beiden Enden durch das erste Lager 37 und ein weiteres Lager gehalten werden, das separat auf einer gegenüberliegenden Seite des Ventilelements 14 vorgesehen ist. Das Einlassdichtventil 174, das Auslass-Einbauventil 181 und das Umgehungsventil 191 sind nicht auf die wie in der vorstehenden Ausführungsform ausgebildeten Ventile beschränkt und können andere Arten von Ventilen sein, wie beispielsweise ein Tellerventil, bei dem ein Ventilelement in einer Richtung senkrecht zu einer Sitzfläche eines Ventilsitzes bewegbar ist.
Bezugszeichenliste

2: Ventilabschnitt
3: Antriebsmechanismusabschnitt
11: Durchflusskanal
13: Ventilsitz
14: Ventilelement
15: drehbare Welle
21: Gummisitz
21a: Dichtungsteil
31: Motor
37: erste Lager
38: zweites Lager
40: Rückstellfeder
41: Hauptgetriebe
101: Brennstoffzellensystem
111: Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzelle)
113: Luftsystem
161: Luftzufuhrkanal
162: Luftabfuhrkanal
163: Umgehungskanal
172: Kompressor
174: Einlassdichtventil
181: Auslass-Einbauventil
191: Umgehungsventil
201: Steuereinrichtung
α, Kα⁺: gesteuerter Vollschließungs-Öffnungsgrad
sekw: Stapel-Energieerzeugungsmenge
Akw: vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge
Bkw: Anforderungs-AUXS-Energieerzeugungsmenge
β: AUXS-Energieerzeugungs-gesteuerter Öffnungsgrad
kβ(i): korrekturgesteuerter Öffnungsgrad
tβ: AUXS-Energieerzeugungs-Auslassventil-gesteuerter Öffnungsgrad
(Bkw-Ckw): vorab festgelegte Energieerzeugungsmenge

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

JP 2017041580 [0003]

Claims

Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle; einen Oxidationsgaszufuhrkanal zum Zuführen eines Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle; ein stromaufwärtsseitiges Ventil, das in dem Oxidationsgaszufuhrkanal vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, verschiedene Steuerungen durchzuführen, wobei das stromaufwärtsseitige Ventil umfasst: einen Ventilsitz; ein Ventilelement; und einen Antriebsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Ventilelement anzutreiben, um einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilsitz oder das Ventilelement mit einem Dichtelement versehen ist, das ein Dichtungsteil umfasst, das während der Ventilschließung mit dem jeweils anderen des Ventilelements oder Ventilsitzes in Kontakt ist, wobei, wenn das stromaufwärtsseitige Ventil vollständig geschlossen werden soll, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchzuführen, die bewirkt, dass der Antriebsmechanismus einen Öffnungsgrad des stromaufwärtsseitigen Ventils auf einen gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad einstellt, der größer als 0 ist, und während die gesteuerte Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenn festgestellt wird, dass ein Austritt des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil auftritt, den gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite zu korrigieren, bis ein Nullstellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem eine Austrittsmenge des Oxidationsgases in dem stromaufwärtsseitigen Ventil Null wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Austrittsmenge des Oxidationsgases im stromaufwärtsseitigen Ventil basierend auf einer Energieerzeugungsmenge der Brennstoffzelle zu bestimmen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die Energieerzeugungsmenge der Brennstoffzelle ein Betrag an elektrischer Energie ist, der erzeugt wird, nachdem das Oxidationsgas, das zu Beginn der gesteuerten Vollschließungs-Öffnungsgradsteuerung in der Brennstoffzelle, verbleibt, verbraucht wurde.
Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle; einen Oxidationsgasabfuhrkanal zum Abführen eines der Brennstoffzelle zugeführten Oxidationsgases; ein stromabwärtsseitiges Ventil, das in dem Oxidationsgasabfuhrkanal vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, verschiedene Steuerungen durchzuführen, wobei das stromabwärtsseitige Ventil umfasst: einen Ventilsitz; ein Ventilelement; und einen Antriebsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, das Ventilelement anzutreiben, um einen Spalt zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement zu öffnen und zu schließen, wobei der Ventilsitz oder das Ventilelement mit einem Dichtelement versehen ist, das ein Dichtungsteil umfasst, das während der Ventilschließung mit dem jeweils anderen des Ventilelements oder Ventilsitzes in Kontakt ist, wobei, wenn eine Hilfseinrichtungs- (AUXS) Energieerzeugungsanforderung vorliegt, um zu bewirken, dass die Brennstoffzelle elektrische Energie zum Antreiben von Hilfseinrichtungen erzeugt, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung durchzuführen, die bewirkt, dass der Antriebsmechanismus einen Öffnungsgrad des stromabwärtsseitigen Ventils auf einen AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad einstellt, der einer Anforderungs-AUXS- Energieerzeugungsmenge entspricht, und während die AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung durchgeführt wird, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenn festgestellt wird, dass, eine Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil größer als eine erste vorab festgelegte Durchflussmenge ist, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilschließseite zu korrigieren, bis ein erster Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil die erste vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei während der Durchführung der AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgradsteuerung, die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, wenn festgestellt wird, dass die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil kleiner als eine zweite vorab festgelegte Durchflussmenge ist, die kleiner als die erste Durchflussmenge ist, den AUXS-Energieerzeugungs-Öffnungsgrad zu einer Ventilöffnungsseite zu korrigieren, bis ein zweiter Soll-Stellungs-Öffnungsgrad erreicht ist, bei dem die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil die zweite vorab festgelegte Durchflussmenge wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Durchflussmenge des Oxidationsgases im stromabwärtsseitigen Ventil basierend auf einer Energieerzeugungsmenge der Brennstoffzelle zu bestimmen.