DE19825286A1

DE19825286A1 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Regulierung der Temperatur in dem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE19825286A1
Application number: DE19825286A
Authority: DE
Inventors: Sogo Goto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2018-06-06
Also published as: US6087028A; JP3769882B2; JPH10340734A; DE19825286C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellen system, das Brennstoffzellen enthält, die Lieferungen von gas förmigem Brennstoff und oxidierendem Gas aufnehmen und eine elektromotorische Kraft erzeugen, und sie bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Regulierung der Temperatur in dem Brennstoff zellensystem.

Brennstoffzellen (im nachfolgenden wird darauf als FC Bezug ge nommen) nehmen eine Lieferung von gasförmigem Brennstoff auf, der zumindest Wasserstoff enthält, auf eine Kathode davon auf und eine Lieferung von oxidierendem Gas, das zumindest Sauer stoff enthält, auf einer Anode davon auf und erzeugen eine elek tromotorische Kraft durch elektrochemische Reaktionen. Die Glei chungen (1) bis (3), die nachfolgend angegeben werden, stellen elektrochemische Reaktionen dar, die in den Brennstoffzellen ab laufen. Die Gleichung (1) zeigt den Reaktionsablauf an der Ka thode, wohingegen die Gleichung (2) den Reaktionsablauf an der Anode zeigt. Die Reaktion, die durch die Gleichung (3) gezeigt ist, läuft dementsprechend als eine Gesamtheit in den Brenn stoffzellen ab.

H₂ → 2H⁺ + 2e⁻ (1)

(1/2)O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O (2)

H₂ + (1/2)O₂ → H₂O (3).

Die Brennstoffzellen nehmen eine Lieferung von Brennstoff auf und wandeln die chemische Energie des Brennstoffs direkt in elektrische Energie mit einer hohen Energieausbeute um. Bei dem tatsächlichen Prozeß der Brennstoffzellen laufen die obigen elektrochemischen Reaktionen jedoch nicht mit einem Wirkungsgrad von 100% ab. Ein Teil der chemischen Energie des Brennstoffs wird nicht als elektrische Energie abgeführt, sondern wird als Wärme nach draußen freigegeben. Ein Brennstoffzellensystem, das solche Brennstoffzellen enthält, erfordert dementsprechend eine Konstruktion, die die Wärme, die während des Prozesses der Brennstoffzellen erzeugt wird, entfernt und die Betriebstempera tur der Brennstoffzellen in einem vorbestimmten Temperaturbe reich hält.

Im allgemeinen wird Kühlwasser verwendet, um die während des Prozesses der Brennstoffzellen erzeugte Wärme abzuführen. Die Brennstoffzellen sind als Stapelkonstruktion aufgebaut, in der eine Mehrzahl von Zelleneinheiten übereinander abgelegt sind. Ein Strömungspfad einer vorbestimmten Konfiguration ist in der Stapelkonstruktion ausgebildet. Kühlwasser wird durch den Strö mungspfad geleitet, um die in dem Prozeß der elektrochemischen Reaktionen erzeugte Wärme abzuführen und die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten. In einem bekannten Brennstoffzellensystem (zum Beispiel gemäß der japanischen Patentoffenlegungsdruckschrift Nr. 6-188013) kühlt eine Wärmetauschereinheit wie beispielsweise ein Radiator das heiße Kühlwasser, das durch den Strömungspfad in den Brennstoffzellen geströmt ist, um die in dem Prozeß der elektrochemischen Reaktionen erzeugte Wärme abzuführen, herun ter. Das nach dem Wärmeaustausch kalte Kühlwasser wird dem Strö mungspfad in den Brennstoffzellen wieder zugeführt. Diese Kon struktion verhindert, daß die Temperatur in den Brennstoffzellen übermäßig ansteigt und ermöglicht es, die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen auf oder unterhalb eines vorbestimmten Pegels zu halten.

Die Menge an in den Brennstoffzellen erzeugter Wärme hängt von dem Grad des elektrochemischen Reaktionsablaufs in den Brenn stoffzellen und dem Wirkungsgrad der Leistungserzeugung in den Brennstoffzellen ab. Bei dem herkömmlichen Brennstoffzellensy stem wird der Ein-Aus-Zustand eines Kühlgebläses, das in dem Ra diator enthalten ist, zur Abkühlung des Kühlwassers, gesteuert, um den Kühlzustand des Kühlwassers (das heißt die Kühlleistung) mit einer Veränderung der Wärmemenge zu verändern. Das Kühlwas ser zirkuliert zwischen den Brennstoffzellen und dem Radiator mittels einer Pumpe. Wenn die innere Temperatur der Brennstoff zellen (oder die Temperatur des Kühlwassers entsprechend der in neren Temperatur der Brennstoffzellen) nicht höher als ein vor bestimmter Pegel ist, wird das Kühlgebläse ausgeschaltet, um den positiven Kühlprozeß des Kühlwassers zu stoppen. Wenn die innere Temperatur der Brennstoffzellen größer als der vorbestimmte Pe gel wird, wird andererseits das Kühlgebläse eingeschaltet, um dem positiven Kühlprozeß des Kühlwassers zu starten. Dieser Vor gang verhindert, daß die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen den vorbestimmten Pegel überschreitet.

Jedoch kann die Temperatursteuerung, die bei dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem durchgeführt wird, die Temperaturen der jeweiligen Zelleneinheiten nicht ausreichend ausgleichen, wäh rend sie in der Lage ist, die Betriebstemperatur der Brennstoff zellen auf oder unterhalb des vorbestimmten Pegels zu halten. Die herkömmliche Temperatursteuerung kann nämlich die Funktion der Brennstoffzellen nicht ausreichend gewährleisten. Sogar wenn die Durchschnittsbetriebstemperatur des Stapels an Brennstoff zellen nicht höher als der vorbestimmte Pegel ist, enthalten die Zelleneinheiten, die den Stapel an Brennstoffzellen bilden, sol che, die relativ hohe Temperaturen haben, und solche, die rela tiv niedrige Temperaturen haben. Dies bewirkt, daß die jeweili gen Zelleneinheiten unterschiedliche Ausgangsspannungen liefern. Im folgenden wird das Verhältnis zwischen der Betriebstemperatur der Brennstoffzellen und der Ausgangsspannung beschrieben.

Fig. 11 ist ein Graph, der die Ausgangsspannung einer Brenn stoffzelle zeigt, die gegenüber der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle ausgedruckt ist, wenn die Ausgangsstromdichte der Brennstoffzelle konstant gehalten wird. Die Brennstoffzelle hat eine optimale Betriebstemperatur Ta, die die maximale Aus gangsspannung abgibt, wie in dem Graph von Fig. 11 gezeigt ist. Wenn eine Lieferung an gasförmigem Brennstoff, der der Brenn stoffzelle zugeführt wird, eine ausreichende Dampfkonzentration hat, wird die optimale Betriebstemperatur Ta im wesentlichen konstant gehalten, sogar wenn die Größe der Belastung, die mit der Brennstoffzelle gekoppelt ist, um einen gewissen Betrag schwankt. Beispielsweise beträgt die optimale Betriebstemperatur der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen annähernd 80°C. Jede Zelleneinheit, die in dem Stapel an Brennstoffzellen enthalten ist, hat dieses Verhältnis zwischen der Betriebstemperatur und der Ausgangsspannung. Um die Funktion der Brennstoffzellen zu verbessern, ist es wünschenswert, daß die Betriebstemperatur ei ner jeden Zelleneinheit, die in dem Stapel an Brennstoffzellen enthalten ist, immer auf einem konstanten Wert gehalten wird, der so nahe wie möglich an der optimalen Betriebstemperatur Ta liegt.

Die Verteilung der Temperaturen der jeweiligen Zelleneinheiten, die in dem Stapel an Brennstoffzellen enthalten sind, wird der Differenz im Fortgang der elektrochemischen Reaktionsabläufe in den jeweiligen Zelleneinheiten zugeschrieben, ebenso wie den Auswirkungen der Außentemperatur und des Temperaturgradienten zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Kühlwassers in den Brennstoffzellen. Die herkömmliche Konstruktion, die den Ein- Aus-Zustand des Kühlgebläses umschaltet, um den positiven Kühl prozeß des Kühlwassers zu steuern, der zwischen den Brennstoff zellen und dem Radiator zirkuliert, kann die Temperaturen der jeweiligen Zelleneinheiten nicht bei einem gewünschten Pegel gleich machen. Jegliche vorgeschlagene Konstruktionen können die Temperaturen der jeweiligen Zelleneinheiten, die in dem Stapel von Brennstoffzellen enthalten sind, nicht auf einen gewünschten Temperaturbereich ausgleichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Innentempe raturen der jeweiligen Zelleneinheiten, die in einem Stapel von Brennstoffzellen enthalten sind, in einem gewünschten Tempera turbereich auszugleichen, der nahe der optimalen Betriebstempe ratur der jeweiligen Zelleneinheiten liegt.

Zumindest ein Teil der obigen und anderer zugehöriger Aufgaben wird durch ein Brennstoffzellensystem verwirklicht, das eine Brennstoffzelle enthält, die eine Lieferung an gasförmigem Brennstoff, der zumindest Wasserstoff enthält, aufnimmt, und ei ne Lieferung von oxidierendem Gas, das zumindest Sauerstoff ent hält, aufnimmt und durch eine elektrochemische Reaktion des gas förmigen Brennstoffs und des Oxidationsgases eine elektromotori sche Kraft erzeugt. Das Brennstoffzellensystem umfaßt folgendes: eine Kühlflüssigkeitszuführeinheit, die der Brennstoffzelle eine Kühlflüssigkeit zuführt, wobei die Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle strömt und dadurch die Brennstoffzelle herab kühlt; eine Temperaturverteilungserfassungseinheit, die einen Wert erfaßt, der einen Zustand der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle widerspiegelt; und eine Kühlflüssigkeitszuführ steuereinheit, die bestimmt, ob der Zustand der Temperaturver teilung in der Brennstoffzelle einem vorbestimmten nicht gleich förmigen Zustand entspricht oder nicht, basierend auf der Erfas sung durch die Temperaturverteilungserfassungseinheit, und, wenn festgestellt wird, daß der Zustand der Temperaturverteilung der vorbestimmte, nicht gleichmäßige Zustand ist, die Kühlflüssig keitszuführeinheit so steuert, daß eine Strömung der Kühlflüs sigkeit, die an die Brennstoffzelle pro Zeiteinheit geliefert wird, erhöht wird.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Regu lierung der Temperatur in einem Brennstoffzellensystem gerich tet, das eine Brennstoffzelle enthält, die eine Lieferung von gasförmigem Brennstoff, der zumindest Wasserstoff enthält, und eine Lieferung von oxidierendem Gas, das zumindest Sauerstoff enthält, aufnimmt und durch eine elektrochemische Reaktion des gasförmigen Brennstoffs und des Oxidationsgases eine elektromo torische Kraft erzeugt. Dieses Verfahren enthält die folgenden Schritte:

(a) Zuführen von Kühlflüssigkeit an die Brennstoffzelle zur Herabkühlung der Brennstoffzelle und Bewirken, daß die Kühlflüs sigkeit durch die Brennstoffzelle strömt;
(b) Erfassen eines Werts, der eine Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzelle widerspiegelt;
(c) Bestimmen, ob die Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzellen in einem vorbestimmten nicht gleichmäßigen Zu stand liegt oder nicht, basierend auf dem Wert, der im Schritt (b) erfaßt wurde; und
(d) Erhöhen einer Strömung der Kühlflüssigkeit, die durch die Brennstoffzelle pro Zeiteinheit strömt, wenn im Schritt (c) festgestellt wird, daß die Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzelle im vorbestimmten nicht gleichmäßigen Zustand liegt.

In dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung, das so konstruiert ist und in dem entsprechenden Verfahren zur Regulie rung der Temperatur in dem Brennstoffzellensystem, wird die Strömung der Kühlflüssigkeit, die pro Zeiteinheit zu den Brenn stoffzellen geleitet wird, das heißt, die Strömungsgeschwindig keit der Kühlflüssigkeit, erhöht, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen schnell auszugleichen, wenn festgestellt wird, daß der Zustand der Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen ein vorbestimmter ungleichmäßiger Zustand ist. Die erhöhte Strö mung der Kühlflüssigkeit pro Zeiteinheit reduziert den Tempera turgradienten der Kühlflüssigkeit zwischen einem Einlaßende und einem Auslaßende der Brennstoffzellen. Wenn es eine Streuung der Temperatur zwischen den Zelleneinheiten, die die Brennstoffzel len bilden, gibt, gleicht diese Konstruktion die Temperaturver teilung in den Zelleneinheiten effektiv aus. Wenn eine Tempera turstreuung in einer Zelleneinheit vorliegt, erhöht diese Kon struktion die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit, wo durch die Temperaturverteilung in der Zelleneinheit ausgeglichen wird.

Die Kühlflüssigkeit kann Wasser oder eine unter Niedertempera turbedingungen kältebeständige Lösung sein. Die innere Tempera tur der Brennstoffzellen kann direkt als Wert gemessen werden, der den Zustand der Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen wiedergibt. Die Temperatur einer Stelle, die die innere Tempera tur der Brennstoffzellen widerspiegelt, kann ansonsten als Re flexionswert gemessen werden. Die Temperatur der Kühlflüssig keit, die durch die Brennstoffzellen strömt, wird beispielsweise als Temperatur der Stelle gemessen, die die innere Temperatur der Brennstoffzellen widerspiegelt. Eine andere Anwendung mißt die Ausgangsspannung einer jeden Zelleneinheit, die in den Brennstoffzellen enthalten ist, anstelle der Temperatur. Dieser Wert stellt auch den Zustand der Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen dar.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung des Brennstoffzellensystems erfaßt die Temperaturverteilungserfassungseinheit eine Differenz zwischen einer Temperatur der Kühlflüssigkeit, die in die Brenn stoffzelle einströmt und einer Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle herausströmt, als den Wert, der den Zustand der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle wider spiegelt, und die Kühlflüssigkeitszuführsteuereinheit stellt fest, daß der Zustand der Temperaturverteilung in der Brenn stoffzelle dem vorbestimmten ungleichmäßigen Zustand entspricht, wenn die erfaßte Differenz nicht niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

Das Brennstoffzellensystem dieser bevorzugten Konstruktion er faßt die Differenz zwischen der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die in die Brennstoffzellen einströmt und der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus den Brennstoffzellen herausströmt, wo durch es in der Lage ist, den Zustand der Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen leicht zu bestimmen. Die kleinere Tempe raturdifferenz reduziert den Temperaturgradienten in den Brenn stoffzellen. Die Temperaturdifferenz wird dementsprechend ver wendet, um den Grad an Streuung der Temperatur zwischen den Zel leneinheiten und den Grad der Streuung der Temperatur in einer Zelleneinheit abzuschätzen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Anwendung der vorliegenden Er findung enthält das Brennstoffzellensystem desweiteren folgen des: eine Last, die eine Lieferung von elektrischem Strom von der Brennstoffzelle aufnimmt; eine Lastzustandserfassungsein heit, die die Größe der Last feststellt; eine Kühlflüssigkeits abkühleinheit, die die Kühlflüssigkeit abkühlt, die zu der Brennstoffzelle geliefert wird; und eine Kühlzustandssteuerein heit, die die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit steuert, um die Kühlflüssigkeit abzukühlen, wenn die Größe der Last, die durch die Lastzustandserfassungseinheit bestimmt wurde, nicht niedri ger als ein voreingestellter Wert ist.

Das Brennstoffzellensystem dieser Konstruktion verhindert wirk sam, daß die Temperatur der Brennstoffzellen übermäßig ansteigt, wenn die Menge an Wärme, die in den Brennstoffzellen erzeugt wird, mit einer Zunahme der Größe der Last ansteigt. Das Steuern des Abkühlzustandes und der Strömungsgeschwindigkeit der Kühl flüssigkeit ermöglicht es, die innere Temperatur der Brennstoff zellen in dem Zustand nahe einer gewünschten Temperatur aus zu gleichen.

Es ist vorzuziehen, daß die Lastzustandserfassungseinheit die Größe der Last feststellt, basierend auf der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle strömt. Die Tempe ratur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle ausgesto- ßen wird, liegt nahe an der inneren Temperatur der Brennstoff zellen. Die innere Temperatur der Brennstoffzellen kann somit mit einer ausreichenden Genauigkeit anhand der beobachteten Tem peratur der Kühlflüssigkeit, die von den Brennstoffzellen ausge stoßen wird, abgeschätzt werden. Die in den Brennstoffzellen er zeugte Wärme erhöht sich mit einer Zunahme der Größe der Last und erhöht die innere Temperatur der Brennstoffzellen. Eine Ab schätzung der inneren Temperatur der Brennstoffzellen erlaubt die Steuerung gemäß der Veränderung der Größe der Last.

Gemäß einer weiteren anderen vorzugsweisen Anwendung der vorlie genden Erfindung enthält das Brennstoffzellensystem ferner eine Außentemperaturerfassungseinheit, die einen Wert erfaßt, der ei ne Außentemperatur widerspiegelt, wobei die Abkühlzustandssteu ereinheit die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit steuert, basierend auf dem Ergebnis der Feststellung durch die Lastzustandserfas sungseinheit, ebenso wie auf dem Wert, der die Außentemperatur, die durch die Außentemperaturerfassungseinheit erfaßt wurde, wi derspiegelt.

In dem Brennstoffzellensystem dieser Konstruktion kann die inne re Temperatur der Brennstoffzellen mit einer höheren Genauigkeit in einem gewünschten Temperaturbereich gehalten werden. Die Schwankung der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die zur Abkühlung der Brennstoffzellen verwendet wird, wird durch die Außentempe ratur beeinflußt. Eine Regulierung des Abkühlzustandes der Kühl flüssigkeit in Abhängigkeit der Außentemperatur verhindert, daß unter der Bedingung einer niedrigeren Außentemperatur die Tempe ratur der Kühlflüssigkeit und dadurch die innere Temperatur der Brennstoffzellen übermäßig absinkt. Es ist nicht notwendig, die Außentemperatur selbst als Wert, der die Außentemperatur wieder gibt, zu messen. Es kann irgendein Wert, der direkt oder indi rekt von der Außentemperatur beeinflußt wird, als der diese wi derspiegelnden Wert verwendet werden. Eine exemplarische Proze dur mißt eine Schwankung der Temperatur der Kühlflüssigkeit, stellt fest, daß die Außentemperatur niedrig ist, wenn die Tem peratur der Kühlflüssigkeit unter den Nicht-Kühl-Zustand absinkt und steuert die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit, basierend auf dem Ergebnis der Feststellung.

Gemäß einer anderen bevorzugten Anwendung des Brennstoffzellen systems enthält die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit eine Luftküh lungseinheit, die die Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, abkühlt. Bei dieser Konstruktion enthält das Brennstoffzellensystem folgende Bauteile: eine Zustandserfas sungseinheit für aufgenommene Luft, die einen Wert erfaßt, der eine Strömungsgeschwindigkeit einer äußeren Luft wiedergibt, die von außen aufgenommen wird und durch die Luftkühlereinheit strömt; und eine Beschränkungseinheit für äußere Luft, die eine Strömung der äußeren Luft einschränkt, die durch die Luftküh lereinheit strömt, wenn der Wert, der die Strömungsgeschwindig keit der äußeren Luft wiedergibt, der durch die Zustandserfas sungseinheit für aufgenommene Luft erfaßt wird, nicht niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

Diese Konstruktion verhindert wirksam, daß die Brennstoffzellen übermäßig gekühlt (unterkühlt) werden. In einem Fall, in dem die äußere Luft mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in die Luftkühlereinheit hineinströmt, wird der positive Kühlprozeß mit der äußeren Luft durchgeführt, um die Kühlflüssigkeit abzuküh len. Wenn in den Brennstoffzellen nur eine geringe Menge Wärme erzeugt wird, kann der positive Kühlprozeß in dem übermäßigen Absinken der inneren Temperatur der Brennstoffzellen resultie ren. In einem Fall, in dem die äußere Luft, die durch die Luft kühlereinheit strömt, eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit hat, schränkt diese Konstruktion die Strömung der äußeren Luft ein, wodurch verhindert wird, daß die Brennstoffzellen übermäßig gekühlt werden (unterkühlt).

Diese Aufgabe und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden de taillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit den dazugehörigen Zeichnungen offensichtlicher.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Konstruktion eines wesentlichen Teils eines Brennstoffzellensystems 20 als ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die die Konstruktion von Zelleneinheiten 48, die einen Stapel an Brennstoffzellen 22 bil den, schematisch zeigt.

Fig. 3 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht, die die Sta pelkonstruktion der Brennstoffzellen 22 zeigt.

Fig. 4 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht, die Bestand teile zeigt, die an beiden Enden der Brennstoffzellen 22 ange ordnet sind.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine in einem stationären Betriebszustand, der in dem Brennstoffzellen system 20 ausgeführt wird, zeigt.

Fig. 6(A) zeigt eine Schwankung der Temperatur des Kühlwassers.

Fig. 6(B) zeigt eine Regulierung der Betriebsspannung einer Kühlwasserpumpe 30.

Fig. 6(C) zeigt die An-Aus-Steuerung eines Kühlgebläses 24.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das eine Startzeit- Verarbeitungsroutine zeigt, die in dem Brennstoffzellensystem 20 durchgeführt wird.

Fig. 8(A) zeigt eine Schwankung der Temperatur des Kühlwassers.

Fig. 8(B) zeigt eine Regulierung der Antriebsspannung der Kühl wasserpumpe 30.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine in einem übermäßig gekühlten Zustand zeigt, der in dem Brennstoff zellensystem 20 durchgeführt wird.

Fig. 10(A) zeigt eine Schwankung in der Auslaßkühlwassertempera tur T2 des Kühlwassers, das von den Brennstoffzellen 22 ausge stoßen wird.

Fig. 10(B) zeigt den Antriebszustand des Kühlgebläses 24.

Fig. 11 ist ein Graph, der die Ausgangsspannung einer Brenn stoffzelle zeigt, die gegenüber der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle ausgegeben ist, wenn die Ausgangsstromdichte der Brennstoffzelle konstant gehalten wird.

Ein Modus zur Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nach folgend als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch eine Konstruktion eines wesentlichen Teils ei nes Brennstoffzellensystems 20 als ein bevorzugtes Ausführungs beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellen system 20 dieses Ausführungsbeispiels ist auf einem elektrischen Fahrzeug montiert, um eine Lieferung von elektrischer Leistung einem Motor zum Antrieb des Fahrzeugs zuzuführen. Das Brenn stoffzellensystem 20 enthält einen Stapel an Brennstoffzellen 22 als Hauptkörper zur Leistungserzeugung, einen Radiator 26 mit einem Kühlgebläse 24, einen Kühlwasserströmungspfad 28, der ei nen Strömungspfad von Kühlwasser, der in den Brennstoffzellen 22 ausgebildet ist, mit einem Strömungspfad von Kühlwasser, der in dem Radiator 26 ausgebildet ist, verbindet, eine Kühlwasserpumpe 30, die eine Antriebskraft zum Zirkulieren des Kühlwassers in dem Kühlwasserströmungspfad 28 erzeugt und eine Steuereinheit 50. Der Radiator 26, der Kühlwasserströmungspfad 28, die Kühl wasserpumpe 30 und die Steuereinheit 50 bilden ein Kühlwassersy stem 21, das das Kühlwasser zu den Brennstoffzellen 22 zuführt und von diesen abgibt, um die Betriebstemperatur der Brennstoff zellen 22 in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Fig. 1 zeigt nur die Bestandteile, die zum Kühlwassersystem 21 gehören, unter einer Vielfalt an Bestandteilen des Brennstoffzellensystems 20. Das Brennstoffzellensystem 20 enthält ein System für gasformigen Brennstoff und ein System für Oxidationsgas, die später be schrieben werden, ebenso wie ein System 21 für das Kühlwasser. Im nachfolgenden werden die Details der jeweiligen Bestandteile, die in dem Brennstoffzellensystem 20 enthalten sind, beschrie ben.

Die Brennstoffzellen 22 sind in der folgenden Art und Weise auf gebaut und betrieben. Die Brennstoffzellen 22 sind Polymer- Elektrolyt-Brennstoffzellen und haben eine Stapelkonstruktion, in der eine Mehrzahl von Zelleneinheiten übereinander abgelegt sind. Wenn die Brennstoffzellen 22 eine Lieferung an gasförmigem Brennstoff, der Wasserstoff enthält, an der Kathode aufnehmen und eine Lieferung von Oxidationsgas, das Sauerstoff enthält, an der Anode, laufen die durch die Gleichungen (1) bis (3), die oben angegeben wurden, ausgedrückten elektrochemischen Reaktio nen in den Brennstoffzellen 22 ab. Fig. 2 ist eine Querschnit tansicht, die die Konstruktion der Zelleneinheiten 48, die die Brennstoffzellen 22 bilden, zeigt. Jede Zelleneinheit 48 enthält einen Elektrolytfilm 41, eine Kathode 42, eine Anode 43 und Trennwände 44 und 45.

Die Kathode 42 und die Anode 43 sind Gasdiffusionselektroden, die quer über dem Elektrolytfilm 41 angeordnet sind, um eine sandwichartige Konstruktion zu bilden. Die Trennwände 44 und 45 sind außerhalb der sandwichartigen Konstruktion angeordnet und jeweils mit der Kathode 42 und der Anode 43 verbunden, um Strö mungspfade von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsgas zu bil den. Strömungspfade 44P an gasförmigem Brennstoff sind durch die Kathode 42 und die Trennwand 44 gebildet, wohingegen Strömungs pfade 45P an Oxidationsgas durch die Anode 43 und die Trennwand 45 gebildet sind. Obwohl die Trennwände 44 und 45 die Strömungs pfade nur auf den jeweiligen einen Seiten davon in der Zeichnung in Fig. 2 bilden, haben die Trennwände 44 und 45 tatsächlich auf beiden Seiten davon Rippen. Jede der Trennwand 44 und 45 ist mit der Kathode 42 aus der einen Zelleneinheit 48 verbunden, um die Strömungspfade 44P von gasförmigem Brennstoff zu bilden, und mit der Anode 43 der angrenzenden Zelleneinheit 48, um die Strö mungspfade 45P an Oxidationsgas zu bilden. Die Trennwände 44 und 45 sind mit den Gasdiffusionselektroden 42 und 43 verbunden, um die Gasströmungspfade 44P und 45P zu bilden, während sie die Strömung von gasförmigem Brennstoff von der Strömung von Oxida tionsgas zwischen den angrenzenden Zelleneinheiten 48 trennen. Wenn die Zelleneinheiten 48 aufeinander abgelegt sind, um die Stapelkonstruktion zu bilden, können die zwei Trennwände, die an beiden Enden der Stapelkonstruktion angeordnet sind, nur auf den jeweiligen einen Seiten Rippen haben, die mit den Gasdiffusions elektroden in Kontakt sind.

Der Elektrolytfilm 41 ist ein Protonen-leitfähiger-Ionen- Austauschfilm, der aus einem Polymermaterial zusammengesetzt ist, wie beispielsweise Fluorharz und zeigt im nassen Zustand eine günstige elektrische Leitfähigkeit. In diesem Ausführungs beispiel wird für den Elektrolytfilm 41 ein Nafionfilm (von du Pont hergestellt) angewendet. Die Oberfläche des Elektrolytfilms 41 ist mit Platin oder einer Platin enthaltenden Legierung, die als ein Katalysator dient, überzogen. Die Technik, die auf die ses Ausführungsbeispiel angewandt wird, um den Katalysator auf zubringen, bereitet Karbonpulver mit Platin oder einer Platin enthaltenden Legierung, die darauf getragen wird, vor, verteilt das Katalysator-tragende Kohlenstoffpulver in einer geeigneten organischen Lösung, fügt eine spezifische Menge an Elektrolytlö sung (beispielsweise Nafionlösung, die durch Aldrich Chemical Corp. Hergestellt wird) zu der Dispersion zu, um eine Paste zu erzeugen und bringt die Paste mittels Siebdruck auf dem Elektro lytfilm 41 auf. Eine andere mögliche Technik erzeugt die Paste, die das Katalysator tragende Kohlenstoffpulver enthält, auf ei nem Blatt und preßt das Blatt auf den Elektrolytfilm 41.

Die Kathode 42 und die Anode 43 sind aus einem Kar bon/Kohlenstoffgewebe hergestellt, das aus einem Garn gewebt ist, das aus Karbonfasern besteht. Obwohl die Kathode 42 und die Anode 43 in diesem Ausführungsbeispiel aus Karbongewebe zusam mengesetzt sind, sind ferner auch Karbonpapier oder Karbonfilz, die aus Karbonfasern bestehen, vorteilhaft anwendbar für das Ma terial der Kathode 42 und der Anode 43. In diesem Ausführungs beispiel wird der Platin enthaltende Katalysator auf der Ober fläche des Elektrolytfilms 41 aufgebracht. Gemäß einer Modifika tion kann die Paste des Platin enthaltenden Katalysators auf den Oberflächen der Kathode 42 und der Anode 43 aufgebracht werden, die mit dem Elektrolytfilm 41 in Kontakt sind.

Die Trennwände 44 und 45 sind aus einem gasundurchlässigen leit fähigen Material, beispielsweise gasundurchlässigem dichtem Koh lenstoff, das durch Zusammenpressen von Kohlenstoff erhalten wird, hergestellt. Jede der Trennwände 44 und 45 hat eine Mehr zahl von Rippen, die parallel auf beiden Seiten davon ausgebil det sind. Wie früher beschrieben wurde, ist jede der Trennwände 44 und 45 mit der Oberfläche der Kathode 42 einer Zelleneinheit 48 verbunden, um die Strömungspfade 44P des gasförmigen Brenn stoffs zu bilden und mit der Oberfläche der Anode 43 der angren zenden Zelleneinheit 48, um die Strömungspfade 45P des Oxidati onsgases zu bilden. Die auf der Oberfläche einer jeden Trennwand ausgebildeten Rippen können irgendeine Form haben, die die Lie ferung des gasförmigen Brennstoffs und des Oxidationsgases an die Gasdiffusionselektroden zulassen, obwohl die Rippen eine Mehrzahl von Nuten sind, die in diesem Ausführungsbeispiel par allel ausgebildet sind. Die auf den jeweiligen Oberflächen einer jeden Trennwand ausgebildeten Rippen können in vorbestimmten Winkeln, beispielsweise in rechten Winkeln angeordnet sein.

Fig. 3 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht, die den Prozeß des Laminierens der Zelleneinheiten 48 zeigt. In der tatsächli chen Stapelkonstruktion entspricht jede der oben diskutierten Trennwände 44 und 45 einer von Endtrennwänden 60 und 61, einer Zwischentrennwand 70 und einer Kühltrennwand 80. Diese Trennwän de sind zu Platten ausgebildet, die quadratische laminierte Ebe nen haben. Die Abschlußtrennwand 61, die in Fig. 3 nicht gezeigt ist, hat dieselbe Konstruktion wie diejenige der anderen Ab schlußtrennwand 60, aber sie ist in einer unterschiedlichen Richtung von derjenigen der Abschlußtrennwand 60 angeordnet. Zur Vereinfachung der Erläuterung sind unterschiedliche Ziffern 60 und 61 an den Endtrennwänden angeordnet. Im folgenden werden die detaillierten Konstruktionen der jeweiligen Trennwände beschrie ben.

Jede der Abschlußtrennwände 60 und 61, der Zwischentrennwand 70 und der Kühlungstrennwand 80 hat Kühlwasserlöcher 81 und 82, die einen kreisförmigen Querschnitt haben und an zwei unterschiedli chen Positionen im Umfangsabschnitt der Trennwand ausgebildet sind (an beiden oberen Ecken in Fig. 3). Wenn die Zelleneinhei ten 48 übereinandergelegt werden, um die Stapelkonstruktion zu bilden, werden die Kühlwasserlöcher 81 und 82 jeweils miteinan der verbunden, um Strömungspfade für Kühlwasser zu bilden, das in der Laminierrichtung durch die Stapelkonstruktion strömt. Ein Paar Schlitze 83 und 84 für gasförmigen Brennstoff und ein Paar Schlitze 85 und 86 für Oxidationsgas sind entlang der Lami nierebenen darin und in der Nähe der jeweiligen Seiten der drei Typen von Trennwänden ausgebildet. Wenn die Zelleneinheiten 48 übereinander plaziert sind, um die Stapelkonstruktion zu bilden, werden die Schlitze 83 und 84 für den gasförmigen Brennstoff und die Schlitze 85 und 86 für das Oxidationsgas jeweils miteinander verbunden, um Strömungspfade von Wasserstoff enthaltendem gas förmigen Brennstoff und Strömungspfade für Sauerstoff enthalten des Oxidationsgas zu bilden, die in der Laminierrichtung durch die Stapelkonstruktion strömen.

Eine Vielzahl von Nuten oder Rippen 62, die parallel zueinander angeordnet sind, sind an einer Seite der Abschlußtrennwand 60 ausgebildet (der Frontseite in Fig. 3), um die gegenüberliegen den Schlitze 83 und 84 für den gasförmigen Brennstoff miteinan der zu verbinden. Die Rippen 62 sind mit der benachbarten Katho de 42 verbunden, um die Strömungspfade 44P von gasförmigem Brennstoff in der Stapelkonstruktion zu bilden. Die andere Seite der Abschlußtrennwand 60 (die Rückseite in Fig. 3) ist eine fla che Oberfläche ohne Nuten.

Die Mehrzahl von Nuten oder Rippen 62, die parallel zueinander angeordnet sind, sind auch in einer Seite der Zwischentrennwand 70 ausgebildet (der Vorderseite in Fig. 3), um die gegenüberlie genden Schlitze 83 und 84 für den gasförmigen Brennstoff mitein ander zu verbinden. Die Rippen 62 sind mit der benachbarten Ka thode 42 verbunden, um die Strömungspfade 44P des gasförmigen Brennstoffs in der Stapelkonstruktion zu bilden. Eine Vielzahl von Nuten oder Rippen 63, die parallel zueinander und senkrecht zu den Rippen 62 angeordnet sind, sind in der anderen Seite der Zwischentrennwand 70 (der Rückseite in Fig. 3) ausgebildet, um die gegenüberliegenden Schlitze 85 und 86 des Oxidationsgases miteinander zu verbinden. Die Rippen 63 sind mit der benachbar ten Anode 43 verbunden, um die Strömungspfade 45P an Oxidations gas in der Stapelkonstruktion zu bilden.

Die Vielzahl an Nuten oder Rippen 63, die parallel zueinander angeordnet sind, sind auch in einer Seite der Kühltrennwand 80 (der Rückseite in Fig. 3) ausgebildet, um die gegenüberliegenden Schlitze 85 und 86 für das Oxidationsgas miteinander zu verbin den. Die Rippen 63 sind mit der angrenzenden Anode 43 verbunden, um die Strömungspfade 45P des Oxidationsgases in der Stapelkon struktion zu bilden. Eine sich schlängelnde Nut 87 ist in der anderen Seite der Kühltrennwand 80 (der Vorderseite in Fig. 3) ausgebildet, um die Kühlwasserlöcher 81 und 82 miteinander zu verbinden. Die Kühltrennwand 80 grenzt an die Abschlußtrennwand 60 in der Stapelkonstruktion an, wie später diskutiert wird. Die sich schlängelnde Nut 87 ist mit der flachen Oberfläche der Ab schlußtrennwand 60 verbunden, um einen Kühlwasserkanal 87P zu bilden.

In diesem Ausführungsbeispiel sind diese drei Trenntypen aus dichtem Kohlenstoff hergestellt, wie vorstehend beschrieben wur de. Die Trennwände können jedoch aus einem anderen leitfähigen Material zusammengesetzt sein. Beispielsweise können die Ab schlußtrennwände 60 und 61 und die Kühltrennwand 80 aus einem Metall hergestellt sein, wie beispielsweise einer Kupferlegie rung oder einer Aluminiumlegierung, die eine ausreichende Stei figkeit und Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.

Die oben diskutierten Trennwände sind quer über die sandwichar tige Konstruktion aus der Kathode 42 und der Anode 43 angeord net, die quer über dem Elektrolytfilm 41 angeordnet sind, um die Stapelkonstruktion zu bilden. Obwohl eine Abschlußtrennwand 60, eine Zwischentrennwand 70 und eine Kühlungstrennwand 80 in Fig. 3 dargestellt sind, ist eine vorbestimmte Anzahl an Zwischen trennwände 70 in Folge in der tatsächlichen Stapelkonstruktion laminiert. Die Anzahl der Abfolge der Zwischentrennwände 70 (oder das Verhältnis der Kühlungstrennwände 80 in der Stapelkon struktion) wird in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen einschließlich der Wärmemenge, die in jeder Zelleneinheit 48 produziert wird, die von der Größe der Last abgeschätzt wird, die mit den Brennstoffzellen 22 verbunden ist, der Temperatur des Kühlwassers, das den Brennstoffzellen 22 zugeführt wird, und dem Bereich der Strömung des Kühlwassers, das zu den Brennstoff zellen 22 geliefert wird, bestimmt. In diesem Ausführungsbei spiel sind eine Abschlußtrennwand 60 und eine Kühlungstrennwand 80 nach jeder Laminierung von fünf aufeinanderfolgenden Zwi schentrennwände 70 angeordnet. Das Set der Laminierung, die eine Kühltrennwand 80, eine Abschlußtrennwand 60 und fünf aufeinan derfolgende Zwischentrennwände 70 enthält, wird in der Richtung von hinten nach vorne in Fig. 3 wiederholt, um die Stapelkon struktion zu bilden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Abschlußtrennwand 61 nach der Laminierung der fünf aufeinanderfolgenden Zwischen trennwände 70 auf dem vorderen Ende in Fig. 3 angeordnet, um die Stapelkonstruktion zu bilden. Die Abschlußtrennwand 61 hat die selbe Konstruktion wie diejenige der Abschlußtrennwand 60. Sie ist jedoch in einer unterschiedlichen Art relativ zur Laminier richtung von jener der Abschlußtrennwand 60, die in Fig. 3 ge zeigt ist, ausgerichtet. Die Abschlußtrennwand 61 hat eine fla che Oberfläche, die der Außenseite der Stapelkonstruktion gegen überliegt und die mit der angrenzenden Anode 43 in Kontakt ge langt. Die auf der Abschlußtrennwand 61 ausgebildeten Rippen sind parallel zu den Rippen 63 auf der Zwischentrennwand 70 an geordnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und mit der Anode 43 ver bunden, um die Strömungspfade 45P des Oxidationsgases zu bilden.

Stromkollektorplatten 91 und 92, Isolationsplatten 93 und 94 und Endplatten 95 und 96 sind ferner quer über der Lamination der Trennwände angeordnet, um die Stapelkonstruktion zu vervollstän digen. Fig. 4 ist eine zerlegte perspektivische Ansicht, die die Konstruktionen der Stromkollektorplatten 91 und 92, der Isolati onsplatten 93 und 94 und der Endplatten 95 und 96 zeigt. Die Stromkollektorplatte 91, die Isolationsplatte 93 und die End platte 95 sind in dieser Reihenfolge an einem Ende der Stapel konstruktion mit der Abschlußtrennwand 61 angeordnet, um eine Lieferungsendeinheit zu bilden. Die Stromkollektorplatte 92, die Isolationsplatte 93 und die Endplatte 96 sind in dieser Reihen folge auf dem anderen Ende der Stapelkonstruktion angeordnet, um eine Auslaßendeinheit zu bilden.

Wie die oben beschriebenen Trennwände sind die Stromkollektor platten 91 und 92, die Isolationsplatten 93 und 94 und die End platten 95 und 96 zu Platten ausgebildet, die quadratische Lami nierebenen haben. Die Stromkollektorplatte 91, die Isolations platte 93 und die Endplatte 95, die die Lieferungsendeinheit bilden, haben ein Kühlwasserloch 101, einen Einlaß 102 für gas förmigen Brennstoff und einen Einlaß 103 für Oxidationsgas an den Positionen, die dem Kühlwasserloch 81, dem Schlitz 83 für gasförmigen Brennstoff und dem Schlitz 85 für Oxidationsgas ent sprechen. Die Stromkollektorplatte 92, die Isolationsplatte 94 und die Endplatte 96, die die Auslaßendeinheit bilden, haben ein Kühlwasserloch 104, einen Auslaß für gasförmigen Brennstoff 105 und einen Auslaß für Oxidationsgas 106 an den Positionen, die dem Kühlwasserloch 82, dem Schlitz 84 für gasförmigen Brennstoff und dem Schlitz 86 für Oxidationsgas entsprechen.

Die Stromkollektorplatten 91 und 92 sind aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. Die Stromkollektorplatten 91 und 92 haben Anschlüs se 97, über die die Ausgangsleistung von den Brennstoffzellen 22 abgenommen wird. Die Isolationsplatten 93 und 94 sind aus einem isolationsmaterial hergestellt, wie beispielsweise Gummi oder Kunstharz. Die Isolationsplatten 93 und 94 dienen dazu, die Sta pelkonstruktion von den Endplatten 95 und 96 und ein vorbestimm tes Gehäuse zum Unterbringen der Stapelkonstruktion zu isolie ren. Die Endplatten 95 und 96 sind aus einem Material von hoher Steifigkeit, wie beispielsweise Stahl, hergestellt. In dem Sta pel an Brennstoffzellen (Brennstoffzellenstapel), der durch La minieren der Zelleneinheiten 48 vorbereitet ist, dienen die End platten 95 und 96, die an den Enden des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind, dazu, die Druckkraft, die in der Laminierrich tung von außerhalb aufgebracht wird, zu absorbieren.

Der Brennstoffzellenstapel, der durch Laminieren der Zellenein heiten 48 vorbereitet wird, ist in dem vorbestimmten Gehäuse un tergebracht und wird unter einer vorbestimmten Druckkraft gehal ten, die in der Laminierrichtung aufgebracht wird. Die Brenn stoffzellen 22, die so konstruiert sind, sind mit dem Kühlwas sersystem 21, das vorstehend beschrieben wurde, ebenso wie mit einem gasförmigen Brennstoffsystem und einem Oxidationsgassystem verbunden.

Das System für gasförmigen Brennstoff ist eine Vorrichtung, die einen wasserstoffreichen gasförmigen Brennstoff zu den Brenn stoffzellen 22 zu- und davon abführt. Der gasförmige Brennstoff kann gasförmiger Wasserstoff von hoher Reinheit oder ein refor miertes Gas, das durch Reformieren eines Kohlenwasserstoffrohöl brennstoffs erhalten wird, sein. Für den Fall, daß gasförmiger Wasserstoff als der gasförmige Brennstoff verwendet wird, ent hält das System für gasförmigen Brennstoff eine Speichereinheit für gasförmigen Wasserstoff. Der gasförmige Wasserstoff kann komprimiert und in einem Tank gespeichert sein oder in einer Wasserstoff absorbierenden Legierung absorbiert werden.

Das System für gasförmigen Brennstoff ist mit dem Einlaß 102 für den gasförmigen Brennstoff verbunden, der in der Endplatte 95 ausgebildet ist, und führt eine Lieferung von gasförmigem Brenn stoff über den Einlaß 102 für den gasförmigen Brennstoff in die Brennstoffzellen 22 ein. Der gasförmige Brennstoff, der über den Einlaß 102 für den gasförmigen Brennstoff in die Brennstoffzel len 22 geleitet wurde, wird in einen Kanal für den gasförmigen Brennstoff eingeführt, der durch die Schlitze 83 für den gasför migen Brennstoff gebildet ist, die in den gestapelten Trennwän den ausgebildet sind. Der gasförmige Brennstoff, der durch den Kanal für den gasförmigen Brennstoff strömt, wird durch die Strömungspfade 44P für gasförmigen Brennstoff, die in den jewei ligen Zelleneinheiten 48 angeordnet sind, zu den Kathoden 42 ge leitet und der elektrochemischen Reaktion unterzogen, die durch die oben angegebene Gleichung (1) ausgedrückt ist. Der gasförmi ge Brennstoff, der durch die Strömungspfade 44P für den gasför migen Brennstoff strömt, wird als ein Ausstoß von gasförmigem Brennstoff in einen Auslaßkanal für gasförmigen Brennstoff ge leitet, der durch die Schlitze 84 für den gasförmigen Brennstoff gebildet wird, die in den gestapelten Trennwänden ausgebildet sind. Das System für den gasförmigen Brennstoff ist auch mit dem Auslaß 105 für den gasförmigen Brennstoff verbunden, der in der Endplatte 96 ausgebildet ist, der der Endplatte 95 gegenüber liegt, die die Lieferung von gasförmigen Brennstoff aufnimmt. Der Ausstoß an gasförmigem Brennstoff nach der elektrochemischen Reaktion wird über den Auslaß 105 für den gasförmigen Brennstoff zu den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen.

Das System für das Oxidationsgas ist eine Vorrichtung, die ein Sauerstoff enthaltendes Oxidationsgas zu den Brennstoffzellen 22 zuführt und davon ausstößt. In diesem Ausführungsbeispiel wird komprimierte Luft als das Oxidationsgas verwendet. Das System für das Oxidationsgas umfaßt einen Kompressor, der die aufgenom mene Luft komprimiert und die komprimierte Luft zu den Brenn stoffzellen 22 zuführt.

Das System für das Oxidationsgas ist mit einem Einlaß 103 für das Oxidationsgas verbunden, der in der Endplatte 95 ausgebildet ist, und es führt eine Lieferung von Sauerstoff enthaltendem Oxidationsgas über den Einlaß 103 für Oxidationsgas in die Brennstoffzellen 22 ein. Das Oxidationsgas, das über den Einlaß 103 für das Oxidationsgas in die Brennstoffzellen 22 geleitet wird, wird in einen Oxidationsgaskanal eingeführt, der durch die Schlitze 85 für das Oxidationsgas gebildet wird, die in den ge stapelten Trennwänden ausgebildet sind. Das Oxidationsgas, das durch den Kanal für das Oxidationsgas strömt, wird durch die Strömungspfade 45P für Oxidationsgas, die in den jeweiligen Zel leneinheiten 48 angeordnet sind, zu den Anoden 43 geleitet und der elektrochemischen Reaktion unterzogen, die durch die oben angegebene Gleichung (2) ausgedrückt ist. Das Oxidationsgas, das durch die Strömungspfade 45P für Oxidationsgas strömt, wird als ein Oxidationsgasausstoß in einen Oxidationsgasausstoßkanal ge leitet, der durch die Schlitze 86 für Oxidationsgas gebildet wird, die in den gestapelten Trennwänden ausgebildet sind. Das Oxidationsgassystem ist auch mit dem Auslaß 106 für Oxidations gas verbunden, der in der Endplatte 96 ausgebildet ist, die der Endplatte 95 gegenüberliegt, die die Lieferung von Oxidationsgas aufnimmt. Der Oxidationsgasausstoß nach der elektrochemischen Reaktion wird über den Auslaß 106 für Oxidationsgas aus den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen.

Das Kühlwassersystem 21 ist mit dem Kühlwasserloch 101 verbun den, das in der Endplatte 95 ausgebildet ist, und führt Kühlwas ser über das Kühlwasserloch 101 in die Brennstoffzellen 22 ein. Das Kühlwasser, das über das Kühlwasserloch 101 in die Brenn stoffzellen 22 geleitet wird, wird in einen Kühlwasserkanal ein geführt, der durch die Kühlwasserlöcher 81 gebildet wird, die in den gestapelten Trennwänden ausgebildet sind. Das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal strömt, wird in den Kühlwasserka nal 87P geleitet, der durch die Kühltrennwand 80 und die Ab schlußtrennwand 60 gebildet wird, und wird in den Brennstoffzel len 22 einem Wärmeaustausch unterworfen. Das heiße Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal 87P erhitzt wurde, wird in einen Kühlwasserkanal geleitet, der durch die Kühlwasserlöcher 82 ge bildet wird, die in den gestapelten Trennwänden ausgebildet sind. Das Kühlwassersystem 21 ist auch mit dem Kühlwasserloch 104 verbunden, das in der Endplatte 96 ausgebildet ist, die der Endplatte 95 gegenüberliegt, die die Lieferung von Kühlwasser aufnimmt. Das heiße Kühlwasser, das durch den Wärmeaustausch mit den Brennstoffzellen 22 erhitzt wurde, wird über das Kühlwasser loch 104 aus den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen.

In der obigen Beschreibung sind die Brennstoffzellen 22 so kon struiert, daß sie einen einzigen Stapelaufbau haben. Gemäß einer Anwendung des Brennstoffzellensystems 20 können die Brennstoff zellen 22 so konstruiert sein, daß sie eine Vielzahl von Stapel konstruktionen haben, die in Serie oder parallel in Abhängigkeit von der erforderlichen Ausgangsleistung angeordnet sind. Obwohl das Liefersystem für gasförmigen Brennstoff, das Oxidationsgas und das Kühlwasser an die Brennstoffzellen 22 und das Ausstoßsy stem davon aus den Brennstoffzellen 22 heraus auf den gegenüber liegenden Enden der Brennstoffzellen 22 in diesem Ausführungs beispiel angeordnet sind, kann das Liefersystem und das Auslaß system auf einem identischen Ende der Brennstoffzellen 22 ange ordnet werden.

Der detaillierte Aufbau des Kühlwassersystems 21, der den we sentlichen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, wird anhand der Zeichnung in Fig. 1 beschrieben. Der Radiator 26 ist ein Be standteil des Kühlwassersystems 21, wie vorstehend erwähnt wur de, und kühlt das heiße Kühlwasser, das zu den Brennstoffzellen 22 geführt wurde und durch den Wärmeaustausch in den Brennstoff zellen 22 erhitzt wurde, ab. Der Radiator 26 dient als eine Wär metauschereinheit mit einem Strömungspfad, den das heiße Kühl wasser durchströmt. Die Wärmetauschereinheit hat einen Aufbau, der eine Strömung von der Außenluft zuläßt und einen Wärmeaus tausch zwischen der Strömung der Außenluft und dem Kühlwasser in dem Strömungspfad ausführt. Der Radiator 26 ist mit dem Kühlge bläse 24 versehen, wie vorstehend beschrieben wurde. Das Kühlge bläse 24 wird angetrieben, um eine Luftbewegung der Kühlluft zu erzeugen, die durch die Wärmetauschereinheit strömt, und um Wär me von dem Kühlwasser, das durch den Strömungspfad strömt, zu entfernen, wodurch der positive Kühlprozeß des Kühlwassers durchgeführt wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Radiator 26 und das Kühlgebläse 24, die in dem Brennstoffzellensystem 20 enthal ten sind, die Fähigkeit haben, das Kühlwasser ausreichend abzu kühlen, um die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen 22 auf oder unter einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 80°C) zu halten, sogar wenn der Ausgangsstrom der Brennstoffzellen 22 drastisch zwischen seinem Maximum (das beispielsweise erhalten wird, wenn das Fahrzeug eine Steigung hinauffährt oder abrupt beschleunigt) und seinem Minimum (das beispielsweise erhalten wird, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet) schwankt und die Wärmemenge, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wird, merklich variiert. Das Kühlgebläse 24 ist mit der Steuereinheit 50 verbunden, die den Antriebszustand oder den Ein-Aus-Zustand des Kühlgebläses 24 steuert.

Die Kühlwasserpumpe 30 erzeugt eine Antriebskraft zur Zirkulati on des Kühlwassers in dem Kühlwasserströmungspfad 28, wie vorher beschrieben wurde. Der Antriebsbetrag der Kühlwasserpumpe 30 (das heißt, der Pumpbetrag an Kühlwasser) wird durch Variieren der Antriebsspannung geregelt. Die Antriebsspannung kann im Be reich von 0 Volt bis 10 Volt variiert werden. Die Strömung des Kühlwassers, das durch den Kühlwasserströmungspfad 28 zirku liert, erreicht ihr Maximum, wenn die Antriebsspannung gleich 10 Volt ist. Die Konstruktion des Ausführungsbeispiels variiert die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 um den Pumpbetrag an Kühlwasser zu regeln, um die Temperaturverteilung in den Brenn stoffzellen 22 auszugleichen. Es ist demgemäß vorteilhaft, wenn die Kühlwasserpumpe 30, die in dem Brennstoffzellensystem 20 enthalten ist, die Fähigkeit hat, die Strömung des Kühlwassers zu regeln, um die Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen 22 ausreichend auszugleichen, sogar wenn die Ausgangsleistung der Brennstoffzellen 22 drastisch schwankt und die Wärmemenge die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wird, variiert. Die Kühl wasserpumpe 30 ist mir Steuereinheit 50 verbunden, die die Größe der Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 regelt.

Der Kühlwasserströmungspfad 28, der das Kühlwasser zwischen dem Kühlwasserströmungspfad in den Brennstoffzellen 22 und dem Kühl wasserströmungspfad in dem Radiator 26 zirkuliert, ist mit Tem peratursensoren 32 und 34 zur Messung der Temperatur des Kühl wassers in dem Kühlwasserströmungspfad 28 versehen. Der Tempera tursensor 32 ist in der Nähe einer Verbindung zwischen dem Kühl wasserloch 101 auf einem Ende der Brennstoffzellen 22 und dem Kühlwasserströmungspfad 28 angeordnet. Der Temperatursensor 34 ist in der Nähe einer Verbindung zwischen dem Kühlwasserloch 104 auf dem anderen Ende der Brennstoffzellen 22 und dem Kühlwasser strömungspfad 28 angeordnet. Der Temperatursensor 32 mißt die Temperatur des Kühlwassers, das zu den Brennstoffzellen 22 ge leitet wird (Einlaßkühlwassertemperatur T1), wohingegen der Tem peratursensor 34 die Temperatur des Kühlwassers mißt, das von den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen wird (Auslaßkühlwassertempe ratur T2). Diese Temperatursensoren 32 und 34 sind mit der Steu ereinheit 50 verbunden, die eine Information hinsichtlich der gemessenen Temperaturen des Kühlwassers aufnimmt.

Die Steuereinheit 50 ist als ein arithmetisch-logischer Schalt kreis aufgebaut, der einen Mikrocomputer enthält. Genauer gesagt enthält die Steuereinheit 50 eine CPU 54, die eine Vielzahl an Operationen gemäß der voreingestellten Steuerprogramme ausführt, ein ROM 56, in dem Steuerprogramme und Steuerdaten, die für die Vielfalt an Operationen, die von der CPU 54 ausgeführt werden, im voraus gespeichert sind, ein RAM 58, das verschiedene Daten, die für die Vielzahl von Operationen, die durch die CPU 54 aus geführt werden, temporär eingeschrieben und davon ausgelesen werden, und einen Eingangs-Ausgangs-Anschluß 52, der Ansteue rungssignale ausgibt, basierend auf den Ergebnissen der Opera tionen von der CPU 54. Die Steuereinheit 50 ist mit den Tempera tursensoren 32 und 34 verbunden und empfängt die Information hinsichtlich der Temperaturen des Kühlwassers. Die Steuereinheit 50 ist auch mit dem Kühlgebläse 24 und der Kühlwasserpumpe 30 verbunden und gibt Ansteuerungs- beziehungsweise Antriebssignale an diese Bestandteile ab.

Das Brennstoffzellensystem 20 liefert die elektrische Leistung an den Motor zum Antreiben des elektrischen Fahrzeugs, wie vor stehend beschrieben wurde. Das Brennstoffzellensystem 20 enthält demgemäß eine Speicherbatterie (nicht gezeigt), die eine vorbe stimmte Kapazität hat, um die erforderliche elektrische Leistung zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 zu gewährleisten. Die Speicherbatterie wird als eine Leistungsquelle zum Antreiben der Kühlwasserpumpe 30, des Kühlgebläses 24 und einer Vielzahl von Pumpen, die in dem System für den gasförmigen Brennstoff und für das Oxidationsgassystem verwendet werden, während die Brenn stoffzellen 22 keinen ausreichenden Betrag an elektrischer Lei stung zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 liefern kön nen. Die Speicherbatterie kann eine ausreichende Kapazität ha ben, die es dem elektrischen Fahrzeug erlaubt, für eine vorbe stimmte Zeitdauer nur durch die Speicherbatterie angetrieben zu werden. Diese Konstruktion ermöglicht es dem elektrischen Fahr zeug, unabhängig von dem Wärmezustand der Brennstoffzellen 22 zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 zu laufen.

Das Kühlwassersystem 21 arbeitet in der folgenden Art und Weise, um das Innere der Brennstoffzellen 22 in einem im wesentlichen gleichförmigen Zustand bei Temperaturen nahe einer vorbestimmten gewünschten Temperatur (die Temperatur, die Ta im Graph von Fig. 11 entspricht) zu halten. In dem Brennstoffzellensystem 20 des Ausführungsbeispiels wird die Antriebsspannung der Kühlwasser pumpe 30 geregelt, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auszugleichen, wohingegen der Antriebszustand des Kühlgeblä ses 24 gesteuert wird, um die innere Temperatur der Brennstoff zellen 22 in einem Temperaturbereich von 70 bis 80°C zu halten. Wenn festgestellt wird, daß sich die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 in einem vorbestimmten ungleichmäßigen Zu stand befindet, wird der Antriebsbetrag der Kühlwasserpumpe 30 erhöht, um die Strömung des Kühlwassers, das durch den Strö mungspfad fließt, pro Zeiteinheit zu erhöhen (das heißt, um die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen), um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auszugleichen. Wenn die innere Tempera tur der Brennstoffzellen 22 den obigen Temperaturbereich über schreitet, wird das Kühlgebläse 24 angetrieben, um das Kühlwas ser positiv abzukühlen und um die innere Temperatur der Brenn stoffzellen 22 zu senken.

Der Aufbau des Ausführungsbeispiels bestimmt die Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzellen 22 basierend auf einer Differenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertemperatur T2. Der Wert der Differenz ΔT stellt den Temperaturgradienten in den Brennstoffzellen 22 dar. Dieser Wert nimmt bei Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwas sers ab und gleicht die Temperatur des Kühlwassers, das durch die Brennstoffzellen 22 strömt, aus. Die vergrößerte Strömungs geschwindigkeit des Kühlwassers reduziert den Temperaturgradien ten in den gesamten Brennstoffzellen 22 und gleicht die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 aus. Die vergrößerte Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers gleicht nicht nur die Tem peratur des Kühlwassers, das durch die Brennstoffzellen 22 fließt, aus, sondern auch die Temperatur einer spezifischen Zel leneinheit unter den Zelleneinheiten 48, die ein unterschiedli ches Temperaturverhalten zu denjenigen der peripheren Zellenein heiten zeigt, die die Brennstoffzellen 22 bilden. Die Strömungs geschwindigkeit des Kühlwassers wird geregelt, um den Wert der Differenz ΔT ausreichend klein zu halten, um dadurch die Tempe raturverteilung in den Brennstoffzellen 22 auszugleichen.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der Antriebszustand der Kühl wasserpumpe 30 geregelt, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zu steuern und um den Wert der Differenz ΔT nicht größer als einen vorbestimmten Referenzwert zu machen. Der Refe renzwert kann basierend auf dem Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs zwischen den Brennstoffzellen und dem Kühlwasser festgesetzt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der Referenzwert ex perimentell im voraus bestimmt und auf 5°C festgesetzt. Das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers und der Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen wurde gemäß der nachfolgenden Prozedur bestimmt. Eine Stapelkonstruktion wurde durch Laminieren einer vorbestimmten Anzahl von Zellenein heiten (beispielsweise 100 Zelleneinheiten) hergestellt. In der Prozedur wurde die Ausgangsspannung einer jeden Zelleneinheit, die in der Stapelkonstruktion enthalten war, gemessen und die Differenz ΔT wurde bestimmt, während die Strömungsgeschwindig keit des Kühlwassers, das zur Stapelkonstruktion geleitet wurde, variiert wurde. Eine solche Messung zeigt die allgemeine Ten denz, daß eine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwas sers den Wert der Differenz ΔT vermindert und dadurch die Diffe renz zwischen den Ausgangsspannungen der jeweiligen Zellenein heiten reduziert. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühl wassers erhöht jedoch die Menge der elektrischen Leistung, die durch die Kühlwasserpumpe verbraucht wird, zum Zirkulieren des Kühlwassers. Während die Temperaturverteilung in den Brennstoff zellen ausgeglichen wird, um den Wirkungsgrad der Stromerzeugung zu verbessern, senkt der erhöhte Betrag der elektrischen Lei stung, die durch die Kühlwasserpumpe verbraucht wird, den Ener giewirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems ziemlich. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Referenzwert auf 5°C festgesetzt, als der Zustand, bei dem sich die günstigen Auswir kungen der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers ausreichend auswirken.

Die Konstruktion des Ausführungsbeispiels bestimmt die Tempera tur in den Brennstoffzellen 22 basierend auf der Auslaßkühlwas sertemperatur T2. Die Temperatur des Kühlwassers, das aus den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen wird, spiegelt die innere Tempe ratur der Brennstoffzellen 22 wider. Eine innere Haupttemperatur TFC der Brennstoffzellen 22 kann durch T2 + α angenähert werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur in den Brenn stoffzellen 22 aufgrund der Bedingung, daß der Wert α gleich 10°C gesetzt ist, abgeschätzt.

Wie vorstehend diskutiert wurde, erzeugen die Brennstoffzellen 22 mit dem Fortgang der elektrochemischen Reaktionen Wärme. So fern das Kühlgebläse 24 nicht angetrieben wird, um den positiven Kühlprozeß des Kühlwassers in dem Radiator 26 auszuführen, nimmt die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 allmählich zu, sogar wenn das Kühlwasser zirkuliert. Wenn die innere Temperatur TFC 80°C überschreitet, führt die Konstruktion des Ausführungs beispiels die Steuerung aus, um das Kühlgebläse 24 solange in Betrieb zu nehmen, bis die innere Temperatur TFC auf oder unter 70°C gesenkt wird. Dies hält die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 in dem Temperaturbereich von 70 bis 80°C.

Ein Steuerprozeß, der ausgeführt wird, wenn sich die Brennstoff zellen 22 im stationären Zustand befinden, wird anhand des Ab laufdiagramms in Fig. 5 und der Graphen der Fig. 6(A), 6(B) und 6(C) beschrieben. Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine in einem stationären Antriebszustand zeigt, die in vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird, nachdem der Antriebszustand der Brennstoffzellen 22 den stationären Zu stand erreicht hat. Das Brennstoffzellensystem 20 führt eine Start-Zeit-Verarbeitungsroutine, die später diskutiert wird, zu der Zeit des Startens des Brennstoffzellensystems 20 aus. Wenn die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen 22 ein vorbestimmtes Niveau erreicht und festgestellt wird, daß sich der Betriebs zu stand der Brennstoffzellen 22 im stationären Zustand befindet, führt die CPU 54 die Verarbeitungsroutine für den stationären Betriebszustand aus. Der Graph in Fig. 6(A) zeigt eine Schwan kung der Temperatur des Kühlwassers, wenn der Steuerprozeß gemäß der Verarbeitungsroutine für den stationären Betriebszustand ausgeführt wird. Der Graph in Fig. 6(B) zeigt die Regelung der Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30, wenn der Steuerprozeß gemäß der Verarbeitungsroutine für den stationären Betriebs zu stand ausgeführt wird. Der Graph in Fig. 6(C) zeigt die Ein-Aus- Steuerung des Kühlgebläses 24, wenn der Steuerungsprozeß ausge führt wird, gemäß der Verarbeitungsroutine für den stationären Betriebszustand. In allen Graphen der Fig. 6(A) bis 6(C) stellt die Abszisse die Zeitachse dar.

Wenn das Programm die Verarbeitungsroutine für den stationären Betriebszustand beginnt, liest die CPU 54 zuerst die Einlaßkühl wassertemperatur T1 und die Auslaßkühlwassertemperatur T2 von den Temperatursensoren 33 und 34 bei Schritt S200 ein. Die CPU 54 berechnet anschließend die Differenz ΔT zwischen der Einlaß kühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertemperatur T2 und die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 von den Eingangsdaten bei Schritt S210. Die innere Temperatur TFC wird durch Addieren von 10°C zu der Auslaßkühlwassertemperatur T2 bestimmt, wie vorstehend beschrieben wurde.

Es wird dann bei Schritt S220 festgestellt, ob die Differenz ΔT, die bei Schritt S210 berechnet wurde, kleiner als der Referenz wert, der bei 5°C eingestellt wurde, ist oder nicht. Wenn der Wert der Differenz ΔT weniger als 5°C beträgt, bestimmt das Programm, daß die Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen 22 ausreichend ausgeglichen ist und schreitet zu Schritt S240 fort. Die CPU 54 senkt die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 für eine bestimmte Zeitdauer bei Schritt S240, um die Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zu vermindern und den Ener gieverbrauch zu senken.

Wenn der Wert der Differenz ΔT bei Schritt S220 nicht weniger als 5°C beträgt, bestimmt das Programm andererseits, daß die Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen 22 einen ungleich mäßigen Zustand darstellt und erhöht die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 für eine bestimmte Zeitdauer bei Schritt S230. Dies erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers und gleicht die Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen 22 aus. Dieser Vorgang wird bei einem Zeitpunkt t1 und einem Zeit punkt t3 in dem Graph in Fig. 6 ausgeführt. Der Wert der Diffe renz ΔT vermindert sich mit der Zunahme der Strömungsgeschwin digkeit des Kühlwassers.

Nachdem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers bei Schritt S230 erhöht wurde, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auszugleichen, oder nachdem das Programm festgestellt hat, daß die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 ausreichend ausgeglichen wurde und die Antriebsspannung in der Kühlwasser pumpe 30 bei Schritt S240 gesenkt hat, schreitet das Programm zu Schritt S250 fort, wo die innere Temperatur TFC der Brennstoff zellen 22 mit 80°C verglichen wird. Wenn die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 80°C überschreitet, stellt das Pro gramm fest, daß die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 übermäßig hoch ist und treibt bei Schritt S280 das Kühlgebläse 24 an. Dies startet den positiven Kühlprozeß des Kühlwassers. Das Programm verläßt anschließend diese Routine. Dieser Vorgang wird bei einem Zeitpunkt t2 in dem Graph in Fig. 6 durchgeführt. Eine Betätigung des Kühlgebläses 24 kühlt das Kühlwasser herun ter und senkt dadurch die innere Temperatur TFC der Brennstoff zellen 22.

Wenn die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 bei Schritt S250 nicht höher als 80°C ist, stellt das Programm an dererseits bei Schritt S260 fest, ob sich das Kühlgebläse 24 im EIN-Zustand oder im AUS-Zustand befindet. Wenn das Kühlgebläse 24 gestoppt ist oder sich in dem AUS-Zustand befindet, stellt das Programm fest, daß die innere Temperatur der Brennstoffzel len TFC nicht übermäßig hoch ist, und daß der positive Kühlpro zeß des Kühlwassers nicht erforderlich ist. Das Programm hält demgemäß das Kühlgebläse 24 bei Schritt S270 im AUS-Zustand und verläßt diese Routine. Diese Funktion wird in einer Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt t2 in einer Zeitdauer nach einem Zeitpunkt t4 im Graph von Fig. 6 durchgeführt. Da sich das Kühlgebläse 24 im AUS-Zustand befindet, nimmt die inne re Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 mit dem Fortschritt der elektrochemischen Reaktionen in den Brennstoffzellen 22 all mählich zu.

Wenn bei Schritt S260 festgestellt wird, daß das Kühlgebläse 24 angetrieben wird oder sich im EIN-Zustand befindet, schreitet das Programm andererseits zu Schritt S290 fort, um die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 mit 70°C zu vergleichen. Wenn bei Schritt S290 die innere Temperatur TFC der Brennstoff zellen 22 nicht niedriger als bei 70°C liegt, stellt das Pro gramm fest, daß die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 noch nicht auf den ausreichenden Pegel gesenkt wurde, nachdem die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 einmal 80°C überschritten hat, und das Kühlgebläse 24 startet seinen Be trieb. Das Programm hält demgemäß das Kühlgebläse 24 bei Schritt S270 im EIN-Zustand und verläßt diese Routine. Dieser Vorgang wird in einer Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t4 im Graph von Fig. 6 durchgeführt. Da das Kühl gebläse 24 im EIN-Zustand gehalten wird, fährt die innere Tempe ratur TFC der Brennstoffzellen 22 fort, abzunehmen.

Wenn bei Schritt S290 die innere Temperatur TFC der Brennstoff zellen 22 niedriger als 70°C ist, stellt das Programm im Gegen satz zu vorher fest, daß die Betätigung des Kühlgebläses 24 die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 ausreichend gesenkt hat und stoppt den Betrieb des Kühlgebläses 24 bei Schritt S300. Das Programm verläßt anschließend diese Routine. Dieser Vorgang wird zum Zeitpunkt t4 im Graph von Fig. 6 durchgeführt. Nachdem das Kühlgebläse 24 gestoppt wurde, beginnt die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 mit dem Fortschritt der elektroche mischen Reaktionen in den Brennstoffzellen 22 zuzunehmen.

Der obige Steuerungsprozeß wird im stationären Betriebszustand der Brennstoffzellen 22 ausgeführt, wie in Fig. 5 und den Fig. 6(A) bis 6(C) beschrieben wird. Das Senken der Antriebsspan nung der Kühlwasserpumpe 30 bei Schritt S240 ist in dem Graph von Fig. 6(B) nicht speziell gezeigt. Nur das Erhöhen der An triebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 bei Schritt S230, wenn der Wert der Differenz ΔT nicht weniger als 5°C beträgt, ist in dem Graph von Fig. 6(B) gezeigt. In dem Beispiel von Fig. 6 wird die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 zwischen 4 Volt und 6 Volt umgeschaltet. Gemäß einer anderen Anwendung kann die An triebsspannung der Kühlpumpe 30 schrittweise variiert werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuerungsprozeß der Zunahme oder des Absenkens der Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt. Eine andere mögliche Prozedur leitet den Wert der Differenz ΔT zurück und regelt die Zeitdauer, für die die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 gesenkt oder erhöht wird, basierend auf den zurückgeführten Da ten. Diese Prozedur hält die Antriebsspannung der Kühlwasserpum pe 30 auf dem erhöhten Pegel, bis der Wert der Differenz ΔT kleiner als der Referenzwert wird. Die Prozedur hält auch die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 auf dem abgesenkten Pe gel, wenn der Wert der Differenz ΔT niedriger als der Referenz wert ist.

In dem Brennstoffzellensystem 20 dieses Ausführungsbeispiels, das so konstruiert ist, wird die Antriebsspannung der Kühlwas serpumpe 30 erhöht, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwas sers zu vergrößern, wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertemperatur T2 nicht niedriger als der Referenzwert von 5°C ist. Wie be reits beschrieben wurde, stellt die Temperaturdifferenz ΔT zwi schen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwas sertemperatur T2 gut die Temperaturverteilung in den Brennstoff zellen 22 dar. Wenn sich die Temperaturverteilung in den Brenn stoffzellen 22 in dem ungewünschten ungleichmäßigen Zustand be findet, hebt diese Konstruktion die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers basierend auf der Erfassung der Temperaturdifferenz an und gleicht dadurch die Temperaturverteilung in den Brenn stoffzellen 22 schnell aus.

Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers reduziert nicht nur die Temperaturgradienten des Kühlwassers zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, sondern vermindert den Temperaturgradien ten in jeder Zelleneinheit und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Zelleneinheiten. Sogar wenn es eine Zelleneinheit gibt, die ein unterschiedliches Temperaturverhalten zeigt, im Vergleich zu denjenigen der peripheren Zelleneinheiten, gleicht die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers die Tempe ratur dieser Zelleneinheit zu denjenigen der peripheren Zellen einheiten aus. Wenn eine Zelleneinheit einen Hochtemperaturbe reich und einen Niedrigtemperaturbereich hat, wird die Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch diese Bereiche strömt, erhöht, um die Temperaturverteilung in dieser Zellenein heit auszugleichen.

In dem Brennstoffzellensystem 20 des Ausführungsbeispiels zirku liert das Kühlwassersystem 21 das Kühlwasser zwischen den Brenn stoffzellen 22 und dem Radiator 26. Die erhöhte Strömungsge schwindigkeit des Kühlwassers senkt den Wirkungsgrad des Wär meaustauschs in dem Radiator 26 und erhöht die Temperatur des Kühlwassers, das von dem Radiator 26 zu den Brennstoffzellen 22 geliefert wird. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühl wassers erhöht demgemäß die Temperatur der Einlaßkühlwassertem peratur T1 und reduziert die Differenz ΔT schneller.

In dem obigen Ausführungsbeispiel, wenn bei Schritt S220 in dem Ablaufdiagramm von Fig. 5 festgestellt wird, daß die Differenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaß kühlwassertemperatur T2 weniger als 5°C beträgt, wird die An triebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 abgesenkt, um die Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers zu vermindern. Wenn die in nere Temperatur der Brennstoffzellen 22 ausreichend ausgeglichen wurde, senkt die Konstruktion des Ausführungsbeispiels die Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlwassers und verhindert den unnöti gen Verbrauch von Energie. Dies hält demgemäß den Energiewir kungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems 20.

In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 gleich der Summe der Auslaßkühlwasser temperatur T2 und α gesetzt, die bei 10°C festgelegt ist, unab hängig von der Strömung des Kühlwassers. Der Wert α kann korri giert werden, indem die Schwankung des Wirkungsgrades des Wär meaustauschs zwischen dem Kühlwasser und den Brennstoffzellen mit einer Veränderung der Strömung des Kühlwassers berücksich tigt wird. In einer möglichen Konstruktion, die für den Fall an gewendet wird, in dem der Wert α in Abhängigkeit von der Strö mung des Kühlwassers korrigiert werden soll, liest die Steue rungseinheit 50 die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 ein und schätzt die Strömung des Kühlwassers basierend auf der Ein gangsantriebsspannung. Eine andere mögliche Konstruktion pla ziert einen Strömungssensor in den Kühlwasserströmungspfad 28 und mißt die Strömung des Kühlwassers, das durch das Innere der Brennstoffzellen 22 fließt, direkt. Eine Korrektur des Wertes α gemäß der Strömung des Kühlwassers ermöglicht es, daß die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 genau in einem gewünschten Temperaturbereich geregelt wird.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel steuert die CPU 54 das Ein- und Ausschalten des Kühlgebläses 24, basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der berechneten inneren Tem peratur TFC der Brennstoffzellen 22 und einem vorbestimmten Wert (80°C in dem obigen Ausführungsbeispiel) bei Schritt S250 in dem Flußdiagramm von Fig. 5. Gemäß einer vorteilhaften Anwendung kann die Differenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertemperatur T2, die bei Schritt S210 be rechnet wird, ferner für die Ein-Aus-Steuerung des Kühlgebläses 24 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann, sogar wenn die Auslaßkühlwassertemperatur T2 ziemlich hoch ist, wenn die Diffe renz ΔT ausreichend klein ist, festgestellt werden, daß die Men ge an Wärme, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wurde (das heißt die Menge des elektrochemischen Reaktionsablaufs in den Brennstoffzellen 22) ausreichend klein ist. Diese modifizierte Konstruktion reduziert den Kühlgrad des Kühlwassers durch Be rücksichtigen der geringen Menge an Wärme, die in den Brenn stoffzellen 22 erzeugt wird, wodurch wirksam verhindert wird, daß die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 übermäßig gesenkt wird. Die Konstruktion der Ein- und Aus-Steuerung des Kühlgebläses 24 durch Berücksichtigung der Differenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertempe ratur T2 ermöglicht es, die innere Temperatur der Brennstoffzel len 22 genau innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs zu halten.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Anwendung können andere Werte als diejenigen, die direkt im Bezug zum Kühlwasser stehen (zum Beispiel die Kühlwassertemperatur oder die Strömungsgeschwindig keit des Kühlwassers) zur Ein-Aus-Steuerung des Kühlgebläses 24 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann die Ein-Aus-Steuerung des Kühlgebläses 24 in Abhängigkeit von der Größe der Last, die mit dem Brennstoffzellensystem 20 verbunden ist, oder der Be schleunigungsvorrichtungsposition ausgeführt werden, die die Größe der Last darstellt, wenn das Brennstoffzellensystem 20 auf dem Elektrofahrzeug montiert ist. Die Menge der elektrochemi schen Reaktionsabläufe in den Brennstoffzellen 22 oder die Menge der Wärme, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wird, nimmt mit einer Zunahme der Größe der Last zu. Die Steuerungsprozedur, die auf den Werten basiert, die direkt mit dem Kühlwasser in Verbindung stehen, können somit als Steuerungsprozedur in Erwä gung gezogen werden, die indirekt auf der Größe der Last ba siert. Diese modifizierte Konstruktion berücksichtigt jedoch desweiteren die Größe der Last selbst oder den Wert, der für die Größe der Last steht. Die Ein-Aus-Steuerung des Kühlgebläses 24 auf diese Art und Weise ermöglicht ferner, daß die innere Tempe ratur der Brennstoffzellen 22 genau innerhalb des gewünschten Temperaturbereiches gehalten wird.

Das obige Ausführungsbeispiel berücksichtigt den Steuerprozeß, der aufgeführt wird, nachdem der Betriebszustand der Brennstoff zellen 22 den stationären Zustand erreicht hat. Ein ähnlicher Steuerprozeß wird zu der Zeit des Startens des Brennstoffzellen systems 20 ausgeführt. Die Differenz von dem Steuerungsprozeß dieses Ausführungsbeispiels bedeutet, daß das Kühlgebläse 24 nicht angetrieben wird, um den positiven Kühlprozeß des Kühlwas sers auszuführen, da die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 nicht auf einen ausreichenden Pegel angehoben wurde, zu der Zeit des Startens des Brennstoffzellensystems 20. Der Steue rungsprozeß, der zu der Zeit des Startens des Brennstoffzellen systems 20 ausgeführt wurde, bewirkt, daß die elektrochemischen Reaktionen allmählich fortschreiten und die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 erhöhen, während der Antriebszustand der Kühlwasserpumpe 30 gesteuert wird, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auszugleichen.

Im folgenden wird ein Steuerungsprozeß beschrieben, der zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 ausgeführt wird, bevor der Betriebszustand der Brennstoffzellen 22 den stationären Zu stand erreicht, als zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vor liegenden Erfindung in dem Ablaufdiagramm von Fig. 7 und den Graphen der Fig. 8(A) und 8(B). Fig. 7 ist ein Ablaufdia gramm, das eine Startzeit-Verarbeitungsroutine zeigt, die zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 ausgeführt wird. Diese Startzeit-Verarbeitungsroutine wird ausgeführt, wenn der Fahrer des Elektrofahrzeuges mit dem darauf montierten Brennstoffzel lensystem 20 einen vorbestimmten Startschalter betätigt und die Anweisung gibt, das Brennstoffzellensystem 20 zu starten. Der Graph in Fig. 8(A) zeigt eine Schwankung der Temperatur des Kühlwassers, wenn der Steuerungsprozeß gemäß der Startzeit- Verarbeitungsroutine ausgeführt wird. Der Graph in Fig. 8(B) zeigt die Regelung der Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30, wenn der Steuerungsprozeß gemäß der Startzeit-Ver arbeitungsroutine ausgeführt wird. In beiden Graphen der Fig. 8(A) und 8(B) stellt die Abszisse die Zeitachse dar. Unter Bezugnahme auf Fig. 8(B) wird die Antriebsspannung der Kühlwas serpumpe 30 zur Zeit des Startens des Brennstoffzellensystems 20 allmählich mit einer Veränderung des Wertes der Differenz ΔT er höht. Wenn der Fahrer den vorbestimmten Startschalter betätigt und die Anweisung gibt, das Brennstoffzellensystem 20 zu star ten, wird die Kühlwasserpumpe 30 mit einer voreingestellten Startzeitantriebsspannung (1 Volt in diesem Ausführungsbeispiel) angetrieben.

Wenn das Programm die Startzeit-Verarbeitungsroutine beginnt, liest die CPU 54 zuerst die Einlaßkühlwassertemperatur T1 und die Auslaßkühlwassertemperatur T2 von den Temperatursensoren 32 und 34 bei Schritt S400 ein. Die CPU 54 berechnet anschließend die Differenz ΔT zwischen der Einlaßkühlwassertemperatur T1 und der Auslaßkühlwassertemperatur T2 und die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 von den Eingangsdaten bei Schritt S410. Die innere Temperatur TFC wird durch Addieren von 10°C zur Aus laßkühlwassertemperatur T2 bestimmt, wie bereits früher be schrieben wurde.

Anschließend wird bei Schritt S420 festgestellt, ob die Diffe renz ΔT, die bei Schritt S410 berechnet wurde, niedriger als der Referenzwert, der bei 5°C festgesetzt wurde, ist oder nicht. Wenn der Wert der Differenz ΔT weniger als 5°C beträgt, stellt das Programm fest, daß die Temperaturverteilung in den Brenn stoffzellen 22 ausreichend ausgeglichen wurde und schreitet zu Schritt S450 fort, um die Ausgangsleistung der Kühlwasserpumpe 30 aufrechtzuerhalten. Diese Funktion wird in einer Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt 0 und einem Zeitpunkt t5, in einem Zeit raum zwischen dem Zeitpunkt t5 und einem Zeitpunkt t6, in einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t6 und einem Zeitpunkt t7, in einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t7 und einem Zeitpunkt t8, und in einem Zeitraum nach dem Zeitpunkt t8 in Graph von Fig. 8 ausgeführt. In diesen Zeiträumen nimmt sowohl die Auslaßkühlwas sertemperatur T2 als auch die Einlaßkühlwassertemperatur T1 mit der Zunahme des Grades der elektrochemischen Reaktionsabläufe in den Brennstoffzellen 22 zu. Die Temperatur des Kühlwassers ist zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 niedrig und der Wert der Differenz ΔT nimmt allmählich mit der Zunahme des Grads der elektrochemischen Reaktionen und der Menge der Wärme, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wurde, zu.

Wenn der Wert der Differenz ΔT nicht weniger als 5°C bei Schritt S420 beträgt, stellt das Programm fest, daß die Tempera turverteilung in den Brennstoffzellen im ungleichmäßigen Zustand liegt und erhöht die Ausgangsleistung der Kühlwasserpumpe 30 bei Schritt S430 um eine Stufe (um ein Volt in diesem Ausführungs beispiel). Dies erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwas sers und gleicht die Temperaturverteilung in den Brennstoffzel len 22 aus. Dieser Vorgang wird zu den Zeitpunkten t5, t6, t7 und t8 im Graph von Fig. 8 ausgeführt. Die erhöhte Strömungsge schwindigkeit des Kühlwassers bringt eine Abnahme des Werts der Differenz ΔT.

Nach der Steuerung des Antriebszustandes der Kühlwasserpumpe 30 in Abhängigkeit von dem Wert der Differenz ΔT stellt das Pro gramm bei Schritt S440 fest, ob die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 nicht niedriger als 70°C ist. Wenn die in nere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 niedriger als 70°C ist, stellt das Programm fest, daß sich das Brennstoffzellensy stem 20 noch in dem Startzustand befindet und kehrt zu Schritt S400 zurück. Das Programm wiederholt anschließend den Durchgang der Steuerung der Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 in Ab hängigkeit von dem Wert der Differenz ΔT, bis die innere Tempe ratur TFC der Brennstoffzellen 22 nicht niedriger als 70°C wird. Wenn bei Schritt S440 die innere Temperatur TFC der Brenn stoffzellen 22 nicht niedriger als 70°C ist, stellt das Pro gramm andererseits fest, daß das Brennstoffzellensystem 20 be reits den stationären Zustand erreicht hat und verläßt diese Routine. Das Programm aktiviert anschließend die Verarbeitungs routine für den stationären Betriebszustand, wie bereits be schrieben wurde.

Zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 wird der obige Pro zeß ausgeführt, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auf den Pegel anzuheben, der den Betrieb im stationären Zustand zuläßt (das heißt 70°C), während die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 ausreichend ausgeglichen wird. Zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 wird die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 auf einen geringen Wert eingestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers ist niedrig, während die elektrochemischen Reaktionen in den Brennstoffzellen 22 auf einem niedrigen Niveau ablaufen. Dies erhöht die innere Tempera tur der Brennstoffzellen 22 wirksam. Die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30 wird zur Startzeit des Brennstoffzellensy stems 20 auf einen kleinen Wert eingestellt und mit einer Zunah me der inneren Temperatur der Brennstoffzellen 22 angehoben. Diese Konstruktion verhindert wirksam, daß die Kühlwasserpumpe 30 elektrischen Strom verschwendet und dadurch wird der hohe Energiewirkungsgrad in dem Brennstoffzellensystem 20 aufrechter halten.

In den Brennstoffzellen 22 nimmt die Menge der Wärme, die darin produziert wird, mit dem Fortschritt der elektrochemischen Reak tionen zu. In der normalen Betriebsumgebung nimmt die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 kontinuierlich zu, während das Kühlgebläse 24 gestoppt ist. In speziellen Umgebungen, kön nen die Brennstoffzellen 22 jedoch unterkühlt werden, sogar wenn das Kühlgebläse 24 gestoppt ist. Solche Umgebungen kommen dann vor, wenn das Elektrofahrzeug mit dem darauf montierten Brenn stoffzellensystem 20 in einen kalten Bereich fährt, so daß der Radiator 26 durch den Wind beeinflußt wird, während das Elektro fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit läuft, und wenn eine geringe Last, die an den Brennstoffzellen 22 anliegt, nur eine geringe Wärmemenge hervorruft, die im Verlauf der elektrochemi schen Reaktionen erzeugt wird. Das Brennstoffzellensystem 20, das die Funktion hat, die Brennstoffzellen 22 vor einer Unter kühlung zu bewahren, wenn die Temperatur des Kühlwassers ab nimmt, während das Kühlgebläse 24 gestoppt ist, wird als ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung be schrieben. Wenn der Radiator 26, der durch den starken Wind be einflußt wird, das Kühlwasser abkühlt, was bewirken kann, daß die Brennstoffzellen 22 unterkühlt werden, sogar wenn das Kühl gebläse 24 gestoppt ist, dreht das Brennstoffzellensystem 20 des dritten Ausführungsbeispiels das Kühlgebläse 24 in einer umge kehrten Richtung und dadurch wird der Wind, der durch den Radia tor 26 strömt, gestört.

Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine im unterkühlten Zustand zeigt, die in dem Brennstoffzellensystem 20 des dritten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird. Die Routine von Fig. 9 wird in vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt, nachdem die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 gleich oder höher als der vorbestimmte Pegel (70°C) wird und das Brennstoffzellensystem 20 den stationären Zustand erreicht hat, wie die Verarbeitungsroutine im stationären Betriebszustand, der im Ablaufdiagramm von Fig. 5 gezeigt ist. Wenn das Programm die Routine von Fig. 9 beginnt, liest die CPU 54 zuerst Daten von ΔT, TFC und TFC-1 aus dem R 18203 00070 552 001000280000000200012000285911809200040 0002019825286 00004 18084AM 58 bei Schritt S500 ein. Die Daten ΔT, TFC und TFC-1, die bei Schritt S500 eingelesen werden, ent sprechen jeweils dem Wert ΔT und dem Wert TFC, die bei Schritt S210 im letzten Zyklus der Verarbeitungsroutine im stationären Betriebszustand berechnet wurden, und dem Wert TFC, der bei Schritt S210 im vorletzten Zyklus der Verarbeitungsroutine im stationären Betriebszustand berechnet wurde. Diese Werte wurden temporär im RAM 58 gespeichert. Die CPU 54 liest nachfolgend bei Schritt S510 eine Fahrzeuggeschwindigkeit V des Elektrofahrzeu ges von einem Geschwindigkeitssensor aus, der in dem Elektro fahrzeug mit dem darauf montierten Brennstoffzellensystem 20 eingebaut ist.

Das Programm schreitet anschließend zu Schritt S520 fort, um festzustellen, ob die erforderlichen Bedingungen erfüllt wurden oder nicht. Die erforderlichen Bedingungen sind die, daß die in nere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 niedriger als 60°C ist, daß die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 eine abnehmende Tendenz hat, und daß die Fahrzeuggeschwindigkeit V nicht schneller als 40 km/h ist. Die Tendenz der inneren Tempe ratur TFC der Brennstoffzellen 22 wird durch Vergleichen des Wertes von TFC mit dem Wert von TFC-1 bestimmt. Gemäß einer kon kreten Prozedur wird dann, wenn dTFC/dt negativ ist, wobei dTFC = (TFC - TFC-1) ist, festgestellt, daß die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 eine abnehmende Tendenz hat. Wenn die innere Temperatur TFC nicht niedriger als 60°C ist, stellt das Programm fest, daß ein Stop des Kühlgebläses 24 das innere der Brennstoffzellen 22 ausreichend aufheizt. Wenn die Fahrzeugge schwindigkeit V niedriger als 40 km/h ist, stellt das Programm fest, daß der Radiator 26 durch den Wind nicht merklich beein flußt wird. Wenn eine der obigen Bedingungen bei Schritt S520 nicht erfüllt wird, stellt das Programm fest, daß die Brenn stoffzellen 22 aufgrund der Einwirkung des Windes nicht in den unterkühlten Zustand fallen, und es verläßt diese Routine.

Wenn alle die Bedingungen bei Schritt S520 erfüllt sind, stellt das Programm andererseits fest, daß nur eine geringe Menge an Wärme in den Brennstoffzellen 22 aufgrund der niedrigen Außen temperatur oder der geringen Last erzeugt wird, und daß der Ra diator 26, der durch den starken Wind beeinflußt wird, fort fährt, das Kühlwasser abzukühlen, sogar wenn das Kühlgebläse 24 gestoppt ist. Das Programm stellt demgemäß fest, daß sich die Brennstoffzellen 22 in dem unterkühlten Zustand befinden, und dreht das Kühlgebläse 24 bei Schritt S530 in einer umgekehrten Richtung. Das Programm verläßt anschließend diese Routine. Die umgekehrte Drehung des Kühlgebläses 24 stört den Luftstrom, der durch den Radiator 26 strömt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die umgekehrte Drehung des Kühlgebläses 24 bei Schritt S530 für eine vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt. Die Zeitdauer, für die das Kühlgebläse 24 in der umgekehrten Richtung gedreht wird, kann durch Berücksichtigung der Größe der Last, die an Brenn stoffzellen 22 anliegt, und der Schwankung der Fahrzeuggeschwin digkeit V gesteuert werden.

Wenn der Radiator 26, der durch den starken Wind unter der Be dingung einer extremen Außentemperatur oder der durch eine ge ringen Last beeinflußt wird, fortfährt, das Kühlwasser abzuküh len, sogar wenn das Kühlgebläse 24 gestoppt ist, und bewirkt, daß die Brennstoffzellen 22 in einen unterkühlten Zustand gera ten, reduziert das Brennstoffzellensystem 20 des dritten Ausfüh rungsbeispiels, das so konstruiert ist, die Auswirkung des Win des. Die Rückwärtsdrehung des Kühlgebläses 24 drückt den Wind, der in den Radiator 26 gelangt, zurück und verhindert dadurch, daß das Kühlwasser, das durch den Radiator 26 strömt, von dem Wind abgekühlt wird.

Die Fig. 10(A) und 10(B) zeigen den Normalzustand, in dem die Steuerungsprozedur das Kühlgebläse 24 normal an und ausschaltet und den unterkühlten Zustand, in dem die Steuerungsprozedur das Kühlgebläse 24 umgekehrt dreht. Fig. 10(A) zeigt eine Schwankung der Auslaßkühlwassertemperatur T2, die aus den Brennstoffzellen 22 ausgestoßen wird, wohingegen die Fig. 10(B) den Antriebszu stand des Kühlgebläses 24 zeigt. Im Normalzustand nimmt die in nere Temperatur der Brennstoffzellen 22 allmählich zu, während das Kühlgebläse 24 gestoppt ist, wie bereits früher beschrieben wurde. Wenn die Auslaßkühlwassertemperatur T2 70°C erreicht, wird das Kühlgebläse 24 eingeschaltet und kontinuierlich ange trieben, bis die Auslaßkühlwassertemperatur T2 auf 60°C ab sinkt. Wenn die Menge der Wärme, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wird, aufgrund der niedrigen Außentemperatur oder der geringen Last abnimmt und die hohe Fahrzeuggeschwindigkeit V be wirkt, daß der Radiator 26 durch den starken Wind beeinflußt wird, fährt die Auslaßkühlwassertemperatur T2 fort, abzunehmen, sogar wenn das Kühlgebläse 24 gestoppt ist (in einem Zeitraum nach einem Zeitpunkt t9 in dem Graph in Fig. 10). Wenn die Aus laßkühlwassertemperatur T2 gleich oder niedriger als 50°C wird, wird das Kühlgebläse 24 in der umgekehrten Richtung angetrieben, um die Auswirkung des Windes zu unterdrücken (zu einem Zeitpunkt t10 in dem Graph von Fig. 10), und die Auslaßkühlwassertempera tur T2 beginnt zuzunehmen.

Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be trifft den Fall, bei dem das Brennstoffzellensystem 20 im sta tionären Zustand angetrieben wird. Eine ähnliche Steuerungspro zedur kann jedoch zu der Zeit des Startens des Brennstoffzellen systems 20 ausgeführt werden. Das Brennstoffzellensystem 20 hat eine Speicherbatterie, wie bereits früher beschrieben wurde. Die Speicherbatterie hat eine ausreichende Kapazität, die es dem Elektrofahrzeug ermöglicht, sogar zu laufen, bevor die Brenn stoffzellen 22 aufgeheizt wurden, um eine ausreichenden Menge an elektrischem Strom zu liefern. Beim Start des Brennstoffzellen systems 20 wird die Menge an Wärme, die in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wird, relativ gering gehalten, während die Menge an Stromerzeugung allmählich zunimmt. Wie im dritten Ausführungs beispiel diskutiert wurde, wenn das Elektrofahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, fährt der Radiator 26, der durch den starken Wind beeinflußt wird, fort, das Kühlwasser abzuküh len und kann verhindern, daß die Brennstoffzellen 22 auf den stationären Zustand erhitzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Anwendung wird zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 eine Prozedur mit der Startzeit- Verarbeitungsroutine des zweiten Ausführungsbeispiels ausge führt, die ähnlich-zur Verarbeitungsroutine im unterkühlten Zu stand des dritten Ausführungsbeispiels ist. Sogar wenn das Fahr zeug zur Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 mit einer ho hen Geschwindigkeit fährt, reduziert diese Prozedur die Auswir kung des Windes und ermöglicht es, daß die Brennstoffzellen 22 auf den stationären Zustand erwärmt werden. Die zu der Startzeit des Brennstoffzellensystems 20 ausgeführte Prozedur läßt die Feststellung hinsichtlich der inneren Temperatur TFC der Brenn stoffzellen 22 von dem Prozeß in Schritt S520 in der Verarbei tungsroutine im unterkühlten Zustand von Fig. 9 weg.

Im dritten Ausführungsbeispiel wird das Kühlgebläse 24 in der umgekehrten Richtung gedreht, wenn die Auswirkung des Windes wahrscheinlich bewirkt, daß die Brennstoffzellen 22 unterkühlt werden. Eine unterschiedliche Konstruktion kann auch angewandt werden, um die Auswirkung des Windes zu stören. Beispielsweise wird eine Konstruktion zur Störung des Windstroms in dem Strö mungspfad des Windes angeordnet, anstelle der Drehung des Kühl gebläses 24 in der umgekehrten Richtung. Die Konstruktion zur Öffnung und Schließung des Strömungspfades für den Wind ist an dem Einlaß oder dem Auslaß des Strömungspfades des Windes, der durch das Fahrzeug oder in die Nähe des Radiators 26 strömt, an geordnet. Die Konstruktion hält den Strömungspfad im allgemeinen in der geöffneten Position. Wenn sich die Brennstoffzellen 22 im unterkühlten Zustand befinden, schließt die Konstruktion den Strömungspfad anstatt das Kühlgebläse 24 rückwärts zu drehen. Diese Konstruktion bringt dieselben Auswirkungen wie diejenigen des dritten Ausführungsbeispiels mit sich und reduziert die Men ge der elektrischen Leistung, die verbraucht wird, um den Wind strom zu stören, im Vergleich zu der Konstruktion der umgekehr ten Drehung des Kühlgebläses 24.

Eine weitere Konstruktion, mit der verhindert wird, daß die Brennstoffzellen 22 durch die Auswirkung des Windes unterkühlt werden, hat einen Bypass, der den Radiator 26 in dem Kühlwasser strömungspfad 28 umgeht. Ein Umschaltventil zum Umschalten des Strömungspfades in Reaktion auf ein Antriebssignal von der Steu ereinheit 50 ist an einer Verbindung des allgemeinen Strömungs pfades, der durch den Radiator 26 strömt und des Bypasses ange ordnet. Wenn die Möglichkeit einer Unterkühlung der Brennstoff zellen 22 besteht, schaltet das Umschaltventil den Strömungspfad des Kühlwassers um, um zu bewirken, daß das Kühlwasser durch den Bypass strömt, wodurch verhindert wird, daß die Brennstoffzellen 22 unterkühlt werden. Diese Konstruktion bringt dieselben Aus wirkungen mit sich wie diejenigen des dritten Ausführungsbei spiels und reduziert die Menge der elektrischen Energie, die zur Störung des Windstroms verbraucht wird, im Vergleich zu der Kon struktion der umgekehrten Drehung des Kühlgebläses 24.

In den obigen Ausführungsbeispielen wird die innere Temperatur TFC der Brennstoffzellen 22 auf den Bereich zwischen 70°C und 80°C geregelt. Die optimale Betriebstemperatur der Brennstoff zellen wird ferner durch den Feuchtezustand des gasförmigen Brennstoffs, ebenso wie durch eine Veränderung des Wasserstoff partialdruckes im Verlauf der Anfeuchtung des gasförmigen Brenn stoffs beeinflußt. Es ist demgemäß wünschenswert, die optimale Betriebstemperatur der Brennstoffzellen unter Berücksichtigung der Menge an Energie, die bei dem Befeuchtungsprozeß verbraucht wird, einzustellen, um den Zustand des Brennstoffzellensystems dem Zustand des optimalen Energiewirkungsgrades anzunähern. Wenn das reformierte Gas, das durch Umformen eines Kohlenwasserstoff rohölbrennstoffs erhalten wird, als gasförmiger Brennstoff ver wendet wird, kann die Effizienz der Stromerzeugung der Brenn stoffzellen durch die Katalysatorvergiftung mit Kohlenmonoxid, das in dem reformierten Gas enthalten ist, beeinflußt werden. In diesem Fall reduziert die angehobene Betriebstemperatur der Brennstoffzellen den Grad der Katalysatorvergiftung. Wenn das reformierte Gas als gasförmiger Brennstoff verwendet wird, setzt die gewünschte Konstruktion demgemäß die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen unter Berücksichtigung der Auswirkung des Koh lenmonoxids fest.

In den obigen Ausführungsbeispielen wird das heiße Kühlwasser, das durch die Brennstoffzellen 22 erhitzt wurde, durch den Ra diator 26 abgekühlt, zu dem ein Windstrom von Kühlluft von dem Kühlgebläse 24 zugeführt wird. Eine andere Prozedur kann alter nativ angewendet werden, um die Temperatur des Kühlwassers zu vermindern. Wenn der gasförmige Brennstoff, der den Brennstoff zellen zugeführt wird, gasförmiger Wasserstoff ist und der gas förmige Wasserstoff in der wasserstoffabsorbierenden Legierung zur Speicherung absorbiert wird, ist es erforderlich, die was serstoffabsorbierende Legierung beim Herauslöseprozeß von Was serstoff aus der wasserstoffabsorbierenden Legierung zu erwär men. Die durch das heiße Kühlwasser, das durch die Brennstoff zellen 22 erhitzt wurde, erhaltene Wärme kann dazu verwendet werden, den Wasserstoff aus der wasserstoffabsorbierenden Legie rung herauszulösen. In diesem Fall gleicht die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch die Brenn stoffzellen 22 strömt, die Temperaturverteilung in den Brenn stoffzellen 22 aus.

In dem Brennstoffzellensystem 20 der obigen Ausführungsbeispiele befindet sich der Kühlwasserströmungspfad 28, der in dem Kühl wassersystem 21 enthalten ist, einen geschlossenen Pfad, der das Kühlwasser zwischen den Brennstoffzellen 22 und dem Radiator 26 zirkuliert. Eine modifizierte Konstruktion feuchtet den gasför migen Brennstoff mit dem erhitzten Kühlwasser, das durch die Brennstoffzellen 22 erhitzt wurde, an. Wenn das heiße Kühlwasser über einen dampfdurchlässigen Kohlenfilm mit dem gasförmigen Brennstoff in Kontakt gelangt, kann eine spezifische Menge an Dampf entsprechend der Temperatur des Kühlwassers und der Tempe ratur des gasförmigen Brennstoffs von dem Kühlwasser zum gasför migen Brennstoff übertragen werden. In dem Brennstoffzellensy stem dieser Konstruktion wird eine zusätzliche Lieferung von Kühlwasser vorgesehen, um die Menge, die zum Befeuchten des gas förmigen Brennstoffs verbraucht wurde, auszugleichen. Die zu sätzliche Lieferung von Kühlwasser kann Wasser sein, das durch die elektrochemischen Reaktionsabläufe in den Brennstoffzellen 22 erzeugt wurde. In diesem Fall gleicht die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch die Brenn stoff 22 strömt, die Temperaturverteilung in den Brennstoffzel len 22 aus.

In den obigen Ausführungsbeispielen wird Kühlwasser als Kühl flüssigkeit für das Herabkühlen der Brennstoffzellen 22 verwen det. Es kann jedoch eine andere Flüssigkeit als Kühlflüssigkeit verwendet werden. Insbesondere, wenn der Kühlflüssigkeitsströ mungspfad als geschlossener Pfad konstruiert ist, der die Kühl flüssigkeit zwischen den Brennstoffzellen 22 und dem Radiator 26 wie in den obigen Ausführungsbeispielen zirkuliert, besteht eine große Freiheit bei der Auswahl der Kühlflüssigkeit. Wenn eine frostbeständige Lösung als Kühlflüssigkeit verwendet wird, friert die Kühlflüssigkeit bei einem Stop des Brennstoffzellen systems nicht ein, sogar wenn die Außentemperatur unter 0°C be trägt. Es besteht demgemäß keine Notwendigkeit der Schmelzung der Kühlflüssigkeit zur Zeit des Wiederstartens des Brennstoff zellensystems. Die frostbeständige Lösung verkürzt die Aufwärm zeit des Brennstoffzellensystems wirksam, sogar wenn die Außen temperatur unter 0°C beträgt.

In den oben diskutierten Ausführungsbeispielen ist das Brenn stoffzellensystem 20 der vorliegenden Erfindung auf dem Elektro fahrzeug montiert und liefert die elektrische Energie an den Mo tor zum Antreiben des Fahrzeugs. Das Brennstoffzellensystem 20 der vorliegenden Erfindung kann auch für unterschiedliche Zwecke angewandt werden. Zum Beispiel ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung für den Fall anwendbar, bei dem die Größe der Last um einen gewissen Betrag schwankt und der Erwärmungszustand in den Brennstoffzellen variiert. Dies ermöglicht es, die innere Tempe ratur der Brennstoffzellen in dem Zustand nahe der optimalen Temperatur auszugleichen und hält den Ausgangszustand der Brenn stoffzellen in einem vorteilhaften Bereich.

Obwohl das Brennstoffzellensystem in den obigen Ausführungsbei spielen Polymerelektrolytbrennstoffzellen enthält, kann das Brennstoffzellensystem andere Arten von Brennstoffzellen wie beispielsweise Phosphatbrennstoffzellen und wasserhaltige alka lische Elektrolytbrennstoffzellen haben. In solchen Fällen soll te das geeignete Kühlmittel, in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Die Regulierung der Strö mungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch die Brennstoff zellen strömt, ermöglicht es, die Temperaturverteilung in den Brennstoffzellen effektiv auszugleichen.

In einem Brennstoffzellensystem 20 wird Kühlwasser, das durch einen Kühlwasserströmungspfad 28 zirkuliert, durch Wärmeaus tausch, der in Brennstoffzellen 22 ausgeführt wird, erwärmt, nachfolgend durch einen Radiator 26 abgekühlt und anschließend den Brennstoffzellen 22 wieder zugeführt. Eine Kühlwasserpumpe 30 liefert eine Antriebskraft, die zur Zirkulation des Kühlwas sers durch den Kühlwasserströmungspfad 28 verwendet wird. Eine Steuereinheit 50 des Brennstoffzellensystems 20 mißt eine Ein laßkühlwassertemperatur T1 und eine Auslaßkühlwassertemperatur T2 der Brennstoffzellen 22 und berechnet eine Differenz ΔT zwi schen den beobachteten Temperaturen T1 und T2. Wenn die Diffe renz ΔT niedriger als ein Referenzwert ist, der bei 5°C festge setzt ist, stellt die Steuereinheit 50 fest, daß eine Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzellen 22 in einem vorbe stimmten ungleichmäßigen Zustand ist. Die Steuereinheit 50 er höht anschließend die Antriebsspannung der Kühlwasserpumpe 30, um die innere Temperatur der Brennstoffzellen 22 auszugleichen.

Claims

1. Brennstoffzellensystem (20), das eine Brennstoffzelle (22) aufweist, die eine Lieferung an gasförmigem Brennstoff, der zu mindest Wasserstoff enthält, und eine Lieferung von Oxidations gas, das zumindest Sauerstoff enthält, aufnimmt und eine elek tromotorische Kraft durch eine elektrochemische Reaktion des gasförmigen Brennstoffs und des Oxidationsgases erzeugt, wobei das Brennstoffzellensystem die folgenden Bauteile aufweist:
eine Kühlflüssigkeitszuführeinheit, die eine Kühlflüssigkeit an die Brennstoffzelle (22) zuführt, wobei die Kühlflüssigkeit durch die Brennstoffzelle strömt und dadurch die Brennstoffzelle abkühlt;
eine Temperaturverteilungserfassungseinheit, die einen Wert erfaßt, der einen Zustand der Temperaturverteilung in der Brenn stoffzelle widerspiegelt; und
eine Kühlflüssigkeitszuführsteuereinheit, die feststellt, ob der Zustand der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle ei nem vorbestimmten ungleichmäßigen Zustand entspricht oder nicht, basierend auf der Erfassung durch die Temperaturverteilungser fassungseinheit, und, wenn festgestellt wird, daß der Zustand der Temperaturverteilung der vorbestimmte ungleichmäßige Zustand ist, die Kühlflüssigkeitszuführeinheit steuert, um eine Strömung der Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle pro Zeiteinheit zu geführt wird, zu erhöhen.

2. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Temperaturverteilungserfassungseinheit eine Diffe renz zwischen einer Temperatur der Kühlflüssigkeit, die in die Brennstoffzelle (22) einströmt und einer Temperatur der Kühl flüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle herausströmt, als den Wert erfaßt, der den Zustand der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle widerspiegelt, und daß die Kühlflüssigkeitszuführsteuereinheit feststellt, daß der Zustand der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle dem vorbestimmten ungleichmäßigen Zustand entspricht, wenn die er faßte Differenz niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.

3. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem desweite ren die folgenden Bauteile aufweist:
eine Last, die eine Lieferung von elektrischer Leistung von der Brennstoffzelle (22) aufnimmt;
eine Lastzustandserfassungseinheit, die eine Größe der Last bestimmt;
eine Kühlflüssigkeitskühleinheit, die die Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, abkühlt; und
eine Kühlzustandssteuereinheit, die steuert, daß die Kühl flüssigkeitskühleinheit die Kühlflüssigkeit abkühlt, wenn die Größe der Last, die durch die Lastzustandserfassungseinheit er faßt wird, nicht weniger als ein vorbestimmter Wert ist.

4. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Lastzustandserfassungseinrichtung die Größe der Last basierend auf der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle (22) herausströmt, feststellt.

5. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Lastzustandserfassungseinrichtung die Größe der Last feststellt, basierend auf der Differenz zwischen der Tempe ratur der Kühlflüssigkeit, die in die Brennstoffzelle (22) ein strömt und der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle herausfließt, ebenso wie auf der Temperatur der Kühlflüssigkeit selbst, die aus der Brennstoffzelle heraus strömt.

6. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Lastzustandserfassungseinheit die Größe der Last feststellt, basierend auf der Strömung der Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle (22) pro Zeiteinheit zugeführt wird, ebenso wie auf der Temperatur der Kühlflüssigkeit, die aus der Brenn stoffzelle herausströmt.

7. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem desweiteren die folgenden Bauteile aufweist:
eine Außentemperaturerfassungseinheit, die einen Wert er faßt, der eine Außentemperatur widerspiegelt,
wobei die Kühlzustandssteuereinheit die Kühlflüssigkeitsab kühleinheit steuert, basierend auf dem Ergebnis der Bestimmung durch die Lastzustandserfassungseinheit, ebenso wie auf dem Wert, der die Außentemperatur widerspiegelt, der durch die Au- ßentemperaturerfassungseinheit erfaßt wurde.

8. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit eine Luftkühlungseinheit aufweist, die die Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle (22) zugeführt wird, abkühlt, und daß das Brenn stoffzellensystem desweiteren folgende Bauteile aufweist:
eine Aufnahmeluftzustandserfassungseinheit, die einen Wert erfaßt, der eine Strömungsgeschwindigkeit einer äußeren Luft wi derspiegelt, die von außerhalb aufgenommen wird und die durch die Luftkühlungseinheit strömt; und
eine Außenluftbeschränkungseinheit, die eine Strömung der Außenluft, die durch die Luftkühlungseinheit strömt, ein schränkt, wenn der Wert, der die Strömungsgeschwindigkeit der Außenluft widerspiegelt, der durch die Aufnahmeluftzustandser fassungseinheit erfaßt wird, nicht niedriger als ein vorbestimm ter Wert ist.

9. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Kühlflüssigkeitsabkühleinheit desweiteren ein Kühl gebläse (24) aufweist, das in der Kühlluftabkühlungseinheit an geordnet ist und einen Luftstrom zur Abkühlung der Kühlflüssig keit erzeugt, und daß die Außenluftbeschränkungseinheit eine Drehrichtung des Kühlgebläses (24) reguliert, um die Strömung der Außenluft, die durch die Luftkühlungseinheit strömt, zu beschränken.

10. Verfahren zur Regulierung der Temperatur in einem Brenn stoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle (22) aufweist, die eine Lieferung von gasförmigem Brennstoff, der zumindest Wasser stoff enthält, und eine Lieferung von Oxidationsgas, das zumin dest Sauerstoff enthält, aufnimmt und eine elektromotorische Kraft durch eine elektrochemische Reaktion des gasförmigen Brennstoffs und des Oxidationsgases erzeugt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Zuführen einer Kühlflüssigkeit zu der Brennstoffzelle zum Abkühlen der Brennstoffzelle und zum Bewirken, daß die Kühl flüssigkeit durch die Brennstoffzelle strömt;
(b) Erfassen eines Werts, der eine Verteilung einer inneren Temperatur der Brennstoffzelle widerspiegelt;
(c) Feststellen, ob sich die Verteilung der inneren Tempera tur der Brennstoffzellen in einem vorbestimmten ungleichmäßigen Zustand befindet oder nicht, basierend auf dem Wert, der im Schritt (b) erfaßt wurde; und
(d) Erhöhen einer Strömung der Kühlflüssigkeit, die durch die Brennstoffzelle pro Zeiteinheit fließt, wenn im Schritt (c) festgestellt wurde, daß die Verteilung der inneren Temperatur der Brennstoffzelle in dem vorbestimmten ungleichmäßigen Zustand liegt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren desweiteren die folgenden Schritte aufweist:

(e) Feststellen der Größe einer Last, die eine Lieferung von elektrischer Leistung von der Brennstoffzelle aufnimmt;
(f) Abkühlen der Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle zugeführt wird, wenn die Größe der Last, die im Schritt (e) be stimmt wird, nicht niedriger als ein voreingestellter Wert ist.