DE602005002241T2 - Brennstoffzellensystem und verfahren zu seiner steuerung - Google Patents

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Hiroshi Aichi-gun AOKI
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Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem zum Erzeugen eines Wasserstoff enthaltenden Anodengases aus einem Reformatbrennstoff in einem Reformer und zum Einsetzen des in dem Anodengas enthaltenen Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle zum Erzeugen von Leistung sowie ein Verfahren zum Steuern des Systems.
  • Technologischer Hintergrund
  • Ein Brennstoffzellensystem zum Erzeugen von Leistung durch Verwenden eines Reformatbrennstoffs wie z. B. Kohlenwasserstoff oder Alkoholen umfasst einen Reformer zum Erzeugen eines Wasserstoff enthaltenden Anodengases aus dem Reformatbrennstoff, eine Wasserstoffseparationsmembranvorrichtung zum Extrahieren von hochreinem Wasserstoff aus dem Anodengas und eine Brennstoffzelle zum Protonieren des Wasserstoff und zum Verursachen, dass dieser mit Sauerstoff reagiert, so dass Leistung erzeugt werden kann. Dieser Reformer erzeugt ein Anodengas beispielsweise durch die Vornahme einer Wasserdampfreformerreaktion unter Verwendung des Reformatbrennstoffs und Wasser und einer Oxidationsreaktion durch die Verwendung eines Reformatbrennstoffs und Sauerstoff usw. Ferner ist die Wasserstoffseparationsmembranvorrichtung mit einer Wasserstoffseparationsmembran versehen, die aus Palladium usw. besteht, das derartige Eigenschaften hat, dass nur Wasserstoff durch diese hindurch treten kann. Ferner hat die Brennstoffzelle einen Anodenströmungskanal, dem Wasserstoff zugeführt wird, der durch die Wasserstoffseparationsmembran getreten ist, einen Kathodenströmungskanal, dem Luft usw. zugeführt wird, und einen Protonenleiter (einen Elektrolyt), der zwischen diesen Strömungskanälen angeordnet ist.
  • Bei diesem Brennstoffzellensystem wird zu dem Anodenströmungskanal zugeführter Wasserstoff protoniert und kann durch den Protonenleiter treten, so dass dieser protonierte Wasserstoff (im Folgenden als Wasserstoffproton bezeichnet) mit Sauerstoff in der Luft in dem Kathodenströmungskanal reagieren kann, um Leistung unter Bildung von Wasser zu erzeugen. Ein derartiges Brennstoffzellensystem ist in dem Patentdokument 1 beispielhaft dargestellt.
  • Es ist anzumerken, dass Kathodenauslassgas, das von dem Kathodenströmungskanal abgeführt wird, das durch die Reaktion zwischen dem Wasserstoffproton und Sauerstoff erzeugt wird, Sauerstoff usw. enthält, das ungenutzt bei der Reaktion des Wasserstoffprotons übrig bleibt. Daher verwendet das Patentdokument 1 das Kathodenauslassgas bei einer Wasserdampfreformerreaktion und einer Oxidationsreaktion in dem Reformer.
  • In dem Patentdokument 1 wird eine Rate einer Oxidationsreaktion in dem Reformer durch Einstellen einer Menge Sauerstoff gesteuert, die in dem Kathodenauslassgas enthalten ist, das zu dem Reformer zu führen ist, und ebenso wird eine Rate einer Wasserdampfreformerreaktion in dem Reformer durch Einstellen einer Menge von Wasserdampf in dem Kathodenauslassgas gesteuert, das zu dem Reformer zu führen ist. Damit kann in dem Patentdokument 1 die Montage eines Verdampfers, der üblicherweise bei dem Reformer erforderlich ist, ausgeschlossen werden, um dadurch das System verkleinern zu können.
  • Jedoch offenbart das Patentdokument 1 kein spezifisches Verfahren zum Einstellen der Mengen von Sauerstoff und Wasserdampf.
  • Ferner ist es zum Erzeugen von Leistung bei dem Brennstoffzellensystem notwendig, O/C geeignet zu halten, dass ein Anteil einer Menge Sauerstoff O gegenüber einer Menge Kohlenstoff C ist, die dem Reformer zugeführt werden, um die Größe der Oxidationsreaktion einzustellen, die in dem Reformer durchgeführt wird. Jedoch offenbart das Patentdokument 1 keine Gegenmaßnahme, die ergriffen wird, wenn eine Restsauerstoffmenge in der Reaktion zwischen dem Wasserstoffproton und dem Sauerstoff in dem Kathodenströmungskanal bei der Brennstoffzelle sich beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle vergrößert oder verringert.
  • Ferner stellt das in dem Patentdokument 1 offenbarte Verfahren eine Menge Sauerstoff O und eine Menge Wasser S, die dem Reformer zugeführt werden, unter Bezugnahme auf eine Menge Kohlenstoff C ein, der von einer Brennstoffpumpe zu dem Reformer zugeführt wird, um O/C und S/C zu steuern. Daher wird zum Steuern von O/C ein Luftabfuhrventil erforderlich, das etwas Kathodenauslassgas abführt, oder ist ein Steuerventil erforderlich, um den Durchgang des Kathodenauslassgases zu begrenzen. Ferner ist zum Steuern von S/C ein Wasserdampferzeugungsabschnitt usw. erforderlich, der eine Menge Wasser einstellt, das in dem Kathodenauslassgas enthalten ist. Das kann das Brennstoffzellensystem kompliziert machen.
    • Patentdokument 1: JP 2000-195534 , ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (Kokai)
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Im Hinblick auf die vorstehend angegebenen herkömmlichen Probleme wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem, das eine reformierte Sauerstoffmenge O verwenden kann, die unter der Annahme einer Ist-Leistungserzeugungsbedingung bei einer Brennstoffzelle berechnet wird, so dass O/C in einem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, ohne das Brennstoffzellensystem kompliziert zu machen, und ein Verfahren zum Steuern desselben zur Verfügung zu stellen.
  • Ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, wobei das System Folgendes aufweist:
    einen Reformer, der mit einem Reformerreaktionsströmungskanal zum Erzeugen von Wasserstoff enthaltenden Anodengas aus einem Reformatbrennstoff versehen ist;
    eine Brennstoffzelle, die mit einem Anodenströmungskanal, dem der in dem Anodengas enthaltene Wasserstoff durch Zuführen des Anodengases von dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, einem Kathodenströmungskanal, dem ein Sauerstoff enthaltendes Kathodengas zugeführt wird, und einem Elektrolytkörper versehen ist, der zwischen dem Kathodenströmungskanal und dem Anodenströmungskanal angeordnet ist;
    eine Brennstoffpumpe zum Zuführen des Reformatbrennstoffs zu dem Reformerreaktionsströmungskanal;
    eine Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Brennstoffmenge, die eine Menge des durch die Brennstoffpumpe zugeführten Reformatbrennstoffs angibt;
    eine Kathodenpumpe zum Zuführen des Kathodengases zu dem Kathodenströmungskanal;
    eine Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Kathodengasmenge, die eine Menge des durch die Kathodenpumpe zugeführten Kathodengases angibt;
    eine Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer in der Brennstoffzelle erzeugten Leistungsmenge; und
    eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Förderung des Reformatbrennstoffs durch die Brennstoffpumpe und einer Förderung des Kathodengases durch die Kathodenpumpe, so dass die erzeugte Leistungsmenge gleich einer angeforderten Erzeugungsleistungsmenge sein kann, die zum Betreiben einer Last notwendig ist, die die durch die Brennstoffzelle erzeugte Leistung verwendet, wobei:
    eine Kathodenauslassgasleitung zum Führen des Kathodenauslassgases, das von dem Kathodenströmungskanal abgeführt wird, zu dem Reformerreaktionsströmungskanal mit dem Kathodenströmungskanal verbunden ist; und
    wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
    einen Schritt zur Berechnung einer refomierten Kohlenstoffmenge zum Erhalten einer reformierten Kohlenstoffmenge C, die eine Menge Kohlenstoff angibt, die dem Refomerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der zugeführten Brennstoffmenge,
    einen Schritt zur Berechnung einer reformierten Sauerstoffmenge zum Erhalten einer verbrauchten Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff angibt, der in dem Kathodengas enthalten ist, das zum Erzeugen von Leistung in der Brennstoffzelle verbraucht wird, nämlich aus der erzeugten Leistungsmenge, und ebenso zum Erhalten einer zugeführten Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff angibt, die zu dem Kathodenströmungskanal zugeführt wird, aus der zugeführten Kathodengasmenge, und dann zum Erhalten der Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas durch Subtrahieren der verbrauchten Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge und Erhalten einer reformierten Sauerstoffmenge O, die eine Menge Sauerstoff angibt, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge; und
    einen Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge zum Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C durch Ändern der Förderung der Brennstoffpumpe, so dass O/C, das ein Anteil der reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Sollbereich gehalten werden kann.
  • Das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung hat den Reformer, die Brennstoffzelle, die Brennstoffpumpe, die Brennstoffmengenzufuhrerfassungseinrichtung, die Kathodenpumpe, die Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung, die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung, die Steuervorrichtung, usw. in einer derartigen Konfiguration, so dass Restsauerstoff in dem von dem Kathodenströmungskanal in der Brennstoffzelle abgeführten Kathodenauslassgas in dem Reformer verwendet werden kann.
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystemsteuerverfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Förderung der Brennstoffpumpe auf der Grundlage einer Änderung der Restsauerstoffmenge zu ändern, um dadurch eine Korrektur durchzuführen, so dass O/C in dem Reformer ein geeigneter Wert sein kann.
  • Um das Brennstoffzellensystem in Bewegung zu setzen, nimmt die Steuervorrichtung eine angeforderte Leistungserzeugungsmenge auf, deren Erzeugung von der Brennstoffzelle angefordert wird, um die Last zu betreiben, um eine Förderung der Brennstoffpumpe und eine Förderung der Kathodenpumpe zu bestimmen, so dass die angeforderte Leistungserzeugungsmenge durch die durch die Brennstoffzelle erzeugte Leistung gedeckt werden kann. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung die Förderung jeder Pumpe unter Verwendung eines Relationskennfelds bestimmen, in dem die Beziehung zwischen der Förderung jeder Pumpe und der durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistung im Voraus erhalten wird.
  • Dann wird Reformatbrennstoff von der Brennstoffpumpe zu dem Reformerreaktionsströmungskanal des Reformers zugeführt und wird Kathodengas von der Kathodenpumpe zu dem Kathodenströmungskanal in der Brennstoffzelle zugeführt. Bei diesem Reformer werden der Reformatbrennstoff, Wasser, Sauerstoff usw. verwendet, um ein Wasserstoff enthaltendes Anodengas zu erzeugen, wobei der in dem Anodengas enthaltene Wasserstoff zu dem Anodenströmungskanal in der Brennstoffzelle zugeführt wird.
  • Nachfolgend wird in der Brennstoffzelle der zu dem Anodenströmungskanal zugeführte Wasserstoff protoniert und tritt durch den Elektrolytkörper, so dass er den Kathodenströmungskanal erreicht, wo der protonierte Wasserstoff und der Sauerstoff in dem Kathodengas miteinander reagieren, um Leistung zu erzeugen.
  • Kathodenauslassgas, das von dem Kathodenströmungskanal abgeführt wird, wird über die Kathodenauslassleitung zu dem Reformerreaktionsströmungskanal geführt. In diesem Fall enthält das Kathodenauslassgas Restsauerstoff, der unverwendet bei der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle übrig ist, Wasser, das durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle erzeugt wird, usw., so dass dieser Restsauerstoff, das erzeugte Wasser usw. mit dem Reformatbrennstoff reagieren können, um ein Anodengas zu erzeugen.
  • Es ist anzumerken, dass es bei dem Brennstoffzellensystem zum stabilen und effizienten Erzeugen von Leistung wichtig ist, O/C geeignet zu halten, das ein Anteil einer reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber demjenigen einer reformierten Kohlenstoffmenge C ist, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt werden. Andererseits wird die reformierte Sauerstoffmenge O, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, in hohem Maße durch eine Leistungserzeugungsbedingung bei dem Brennstoffzellensystem beeinflusst, so dass sie mit der Leistungserzeugungsbedingung bei der Brennstoffzelle schwanken kann.
  • Zum Lösen dieses Problems führt die vorliegende Erfindung die Schritte zur Berechnung einer reformierten Kohlenstoffmenge und einer reformierten Sauerstoffmenge durch, um dadurch O/C zu berechnen.
  • Insbesondere in dem Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge wird eine verbrauchte Sauerstoffmenge während eines Prozesses, in dem Leistung tatsächlich in der Brennstoffzelle erzeugt wird, berechnet, und von einer zugeführten Sauerstoffmenge in dem Kathodengas, das zu dem Kathodengasströmungskanal zugeführt wird, subtrahiert, um eine Restsauerstoffmenge zu berechnen, die tatsächlich unverwendet in dem Kathodengas übrig bleibt. Auf der Grundlage dieser Restsauerstoffmenge wird eine reformierte Sauerstoffmenge O, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, berechnet. Daher wird ein Wert dieser reformierten Sauerstoffmenge O angegeben, während eine Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle berücksichtigt wird, was somit einer Referenz zum Korrigieren von O/C in einen Sollbereich zur Verfügung stellt.
  • In dem Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge stellt andererseits die Steuervorrichtung eine Förderung der Brennstoffpumpe um, so dass dieses berechnete O/C in den Sollbereich fallen kann. Es ist somit möglich, einen Anteil der reformierten Kohlenstoffmenge C gegenüber der reformierten Sauerstoffmenge geeignet zu korrigieren, die als Referenz dient.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine reformierte Kohlenstoffmenge C entsprechend einer reformierten Sauerstoffmenge O korrigiert, die auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge berechnet wird, so dass O/C auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, ohne ein Steuerventil usw. zum Steuern der reformierten Sauerstoffmenge O zu montieren, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird.
  • Aus diesem Grund kann gemäß dem Brennstoffzellensystemsteuerverfahren der vorliegenden Erfindung O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Wert unter Verwendung einer reformierten Sauerstoffmenge O gehalten werden, die durch Annehmen einer Ist-Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle berechnet wird, ohne das Brennstoffzellensystem kompliziert zu machen.
  • Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit Folgendem:
    einem Reformer, der mit einem Reformerreaktionsströmungskanal versehen ist, um ein Wasserstoff enthaltendes Anodengas aus einem Reformatbrennstoff zu erzeugen;
    einer Brennstoffzelle, die mit einem Anodenströmungskanal, dem der in dem Anodengas enthaltene Wasserstoff durch Zuführen des Anodengases von dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, einem Kathodenströmungskanal, dem ein Wasserstoff enthaltendes Kathodengas zugeführt wird, und einem Elektrolytkörper versehen ist, der zwischen dem Kathodenströmungskanal und dem Anodenströmungskanal angeordnet ist;
    einer Brennstoffpumpe zum Zuführen des Reformatbrennstoffs zu dem Reformerreaktionsströmungskanal;
    einer Brennstoffmengenzufuhrerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Brennstoffmenge, die eine Menge des durch die Brennstoffpumpe zugeführten Reformatbrennstoffs angibt;
    einer Kathodenpumpe zum Zuführen des Kathodengases zu dem Kathodenströmungskanal;
    einer Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Kathodengasmenge, die die Menge des durch die Kathodenpumpe zugeführten Kathodengases angibt;
    einer Leistungsmengenerzeugungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer erzeugten Leistungsmenge; und
    einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Förderung des Reformatbrennstoffs durch die Brennstoffpumpe und einer Förderung des Kathodengases durch die Kathodenpumpe, so dass die erzeugte Leistungsmenge gleich einer angeforderten Erzeugungsleistungsmenge sein kann, die zum Betreiben einer Last notwendig ist, die die durch die Brennstoffzelle erzeugte Leistung verwendet, wobei:
    eine Kathodenauslassgasleitung zum Führen des Kathodenauslassgases, das von dem Kathodenströmungskanal abgeführt wird, zu dem Reformerreaktionsströmungskanal mit dem Kathodenströmungskanal verbunden ist; und
    wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um Folgendes durchzuführen:
    einen Schritt zur Berechnung einer reformierten Kohlenstoffmenge zum Erhalten einer reformierten Kohlenstoffmenge C, die eine Menge Kohlenstoff angibt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der zugeführten Brennstoffmenge;
    einen Schritt zur Berechnung einer reformierten Sauerstoffmenge zum Erhalten einer verbrauchten Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff angibt, der in dem Kathodengas enthalten ist, das verbraucht wird, um Leistung in der Brennstoffzelle zu erzeugen, nämlich aus der erzeugten Leistungsmenge und ebenso zum Erhalten einer zugeführten Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff angibt, der zu dem Kathodenströmungskanal zugeführt wird, nämlich aus der Kathodengaszufuhrmenge und dann zum Erhalten der Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas durch Subtrahieren der verbrauchten Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge und Erhalten einer reformierten Sauerstoffmenge O, die eine Menge Sauerstoff angibt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge; und
    einen Schritt zur Korrektur einer reformierten Kohlenstoffmenge zum Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C durch Ändern der Förderung der Brennstoffpumpe, so dass O/C, das ein Anteil der reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Sollbereich gehalten werden kann.
  • Ebenso ist es durch das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ohne Verkomplizierung des Brennstoffzellensystems möglich, eine reformierte Sauerstoffmenge O zu verwenden, die durch Annehmen einer Ist-Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle berechnet wird, um dadurch O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Wert zu halten.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein erläuterndes Diagramm einer Konfiguration des Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen eines Ausgangssteuerablaufs und eines Hauptsteuerablaufs, die sich auf ein Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems gemäß dem Ausführungsbeispiel beziehen;
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen einer O/C·O/C-Berechnungsroutine, die sich auf das Brennstoffzellensystemsteuerverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel bezieht;
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen der Brennstofferhöhungs-/-verringerungskorrekturroutine, die sich auf das Brennstoffzellensystemsteuerverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel bezieht;
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen einer Leistungsmengenerzeugungsrückgewinnungsroutine, die sich auf das Brennstoffzellensystemsteuerverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel bezieht;
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen einer Leistungsmengenerzeugungsabwandlungsroutine, die sich auf das Brennstoffzellensystemsteuerverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel bezieht; und
  • 7 ist ein erläuterndes Diagramm zum Zeigen einer Konfiguration eines weiteren Brennstoffzellensystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
  • Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems ferner Folgendes aufweist:
    einen Schritt zur Berechnung einer reformierten Wassermenge zum Erhalten einer Menge erzeugten Wassers, die eine Menge Wasser ist, das in dem Kathodenströmungskanal erzeugt wird, das durch eine Erzeugung in der Brennstoffzelle erhalten wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge, und zum Erhalten einer reformierten Wassermenge S, die eine Menge Wasser ist, das zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Menge erzeugten Wassers; und
    wenn die reformierte Kohlenstoffmenge C beim Umstellen einer Förderung der Brennstoffpumpe in dem Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge korrigiert wird, ebenso S/C, das ein Anteil der reformierten Wassermenge S gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, beibehalten in einem Sollbereich.
  • In diesem Fall führt die Steuervorrichtung neben dem Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge und dem Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge den Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge ebenso zum Berechnen der reformierten Wassermenge S durch, um dadurch S/C zu berechnen. Beim Umstellen einer Förderung der Brennstoffpumpe zum Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C in dem Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge kann die Korrektur so durchgeführt werden, dass S/C ebenso in einen Sollbereich fällt, um dadurch S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal ebenso auf einem geeigneten Wert zu halten.
  • Es ist somit möglich, eine reformierte Sauerstoffmenge O, die durch Annehmen einer Ist-Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle berechnet wird, so zu verwenden, dass S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal ebenso auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, um dadurch zu gestatten, dass das Brennstoffzellensystem leistungsstabil und effizient erzeugt.
  • Ferner ist es vorzuziehen, dass das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems ferner Folgendes aufweist:
    einen Leistungsmengenerzeugungswiederherstellungsschritt zum:
    Durchführen des Schritts zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, des Schritts zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge, des Schritts zur Berechnung der reformierten Wassermenge und des Schritts zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge, wenn das Brennstoffzellensystem einer Abnormität ausgesetzt wird, so dass sich die erzeugte Leistungsmenge unter die angeforderte Erzeugungsmenge verringert, und
    Erhöhen einer Förderung der Brennstoffpumpe und Erhöhen der reformierten Kohlenstoffmenge C in Abhängigkeit von einer Erhöhung der reformierten Sauerstoffmenge O aufgrund einer Verringerung der erzeugten Leistungsmenge, so dass das vorstehend beschriebene O/C in den Sollbereich fallen kann und die erzeugte Leistungsmenge wiederhergestellt wird, um die angeforderte Erzeugungsmenge zu decken.
  • Das betrifft einen Fall, bei dem eine Abnormität bei dem Brennstoffzellensystem aufgetreten ist, so dass sich eine erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle auf unterhalb der angeforderten Leistungserzeugungsmenge verringert. In diesem Fall verursacht nämlich eine Verringerung der erzeugten Leistungsmenge eine Verringerung der verbrauchten Sauerstoffmenge in einem Kathodengas, das bei der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle verbraucht wird, so dass die Restsauerstoffmenge, die in dem Kathodenauslassgas ungenutzt übrigbleibt, um so viel ansteigt, so dass die reformierte Sauerstoffmenge O sich vergrößert, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird.
  • Daher kann die Steuervorrichtung als Leistungsmengenerzeugungswiederherstellungsschritt eine Förderung der Brennstoffpumpe gemäß einer Vergrößerung der reformierten Sauerstoffmenge O erhöhen, um die reformierte Kohlenstoffmenge C zu erhöhen, um dadurch das vorstehend beschriebene O/C in dem Sollbereich zu halten. Ferner kann durch Erhöhen der reformierten Kohlenstoffmenge C eine erzeugte Leistungsmenge in dem Brennstoffzellensystem wiederhergestellt werden, so dass die angeforderte Leistungserzeugungsmenge gedeckt werden kann.
  • Es ist somit möglich, dass O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Wert zu halten und eine erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle aufrecht zu erhalten, um eine angeforderte Leistungserzeugungsmenge auch in dem Fall einer abnormalen Situation in dem Brennstoffzellensystem zu decken.
  • Es ist anzumerken, dass die abnormalen Situationen bei dem Brennstoffzellensystem beispielsweise einen Fall, bei dem eine Menge Wasserstoff in dem Anodengas, das in dem Reformerreaktionsströmungskanal erzeugt wird, sich aus irgendeinem Grund verringert hat, einen Fall, in dem eine Temperatur an dem Reformerreaktionsströmungskanal oder an der Brennstoffzelle aus irgendeinem Grund abgefallen ist, und dergleichen umfassen kann. Ferner können diese ebenso einen Fall umfassen, bei dem ein Elektrolytkörper ausgetrocknet ist, wenn die Zelle beispielsweise eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle oder eine Phosphorsäurebrennstoffzelle ist.
  • Ferner ist es vorzuziehen, dass das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems ferner einen Schritt in dem Leistungserzeugungsmengewiederherstellungsschritt zum Begrenzen einer Vergrößerung einer Förderung der Brennstoffpumpe aufweist, so dass das vorstehend beschriebene S/C nicht 1 oder weniger werden kann, wenn die Förderung der Brennstoffzelle sich vergrößert.
  • Es ist anzumerken, dass in dem Brennstoffzellensystemsteuerverfahren, wie vorstehend beschrieben ist, die reformierte Kohlenstoffmenge C unter Verwendung der reformierten Sauerstoffmenge O als Referenz eingestellt wird, um O/C auf einem geeigneten Wert zu halten, um somit O/C mit Vorrang gegenüber S/C einzustellen.
  • Daher wird in dem Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsschritt beim Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C durch Erhöhen der Förderung der Brennstoffpumpe das vorstehend beschriebene S/C überprüft, so dass es nicht 1 oder weniger sein kann. Es ist somit möglich, das Auftreten eines Falls zu verhindern, in dem S/C 1 oder weniger wird, so dass in dem Reformatbrennstoff enthaltener Kohlenstoff unreagiert in dem Reformerreaktionsströmungskanal verbleibt, was somit den Reformerkatalysator usw. verschlechtert, der in dem Reformerreaktionsströmungskanal angeordnet ist.
  • Es ist vorzuziehen, dass der Reformer mit einem Heizströmungskanal versehen ist, der angrenzend an den Reformerreaktionsströmungskanal ausgebildet ist, um eine Verbrennungsreaktion durchzuführen, so dass dieser Reformerreaktionsströmungskanal aufgeheizt werden kann;
    das Verfahren weist ferner einen Schritt in dem Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsschritt zum Unterdrücken einer Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal auf, wenn eine Förderung der Brennstoffpumpe nicht erhöht werden kann, da das vorstehend beschriebene S/C 1 oder geringer sein kann. Da der Heizströmungskanal angrenzend an den Reformerreaktionsströmungskanal vorgesehen ist, ist es einfach, dass der Reformer eine Oxidationsreaktion in dem Reformerreaktionsströmungskanal und eine Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal kombiniert, so dass eine Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden kann. Ferner ist es durch Durchführen der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal möglich, eine Menge des Reformatbrennstoffs zu verringern, der in der Oxidationsreaktion in dem Reformerreaktionsströmungskanal verbraucht wird.
  • Wenn ferner eine Förderung der Brennstoffpumpe nicht vergrößert werden kann, da S/C 1 oder weniger in dem Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsschritt wird, bedeutet das, dass die reformierte Sauerstoffmenge O, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, überschüssig ist, so dass das vorstehend beschriebene O/C als oberhalb des Sollbereichs liegend betrachtet wird. In einem solchen Fall kann der Reformerreaktionsströmungskanal mehr als notwendig aufgrund des Überschusses der reformierten Sauerstoffmenge O aufgeheizt werden. In diesem Fall kann durch Unterdrücken der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal, der zum Heizen des Reformerreaktionsströmungskanal vorgesehen ist, die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Niveau gehalten werden.
  • Ferner ist es vorzuziehen, dass das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems ferner Folgendes aufweist:
    einen Leistungsmengenerzeugungsfolgeschritt, um dann, wenn die angeforderte Leistungserzeugungsmenge so geändert wird, dass sie sich vergrößert, neu zu bestimmen, um eine Förderung der Brennstoffpumpe und diejenige der Kathodenpumpe zu vergrößern, andererseits dann, wenn die angeforderte Leistungserzeugungsmenge so geändert wird, dass sie sich verringert, neu zu bestimmen, um eine Förderung der Brennstoffpumpe und diejenige der Kathodenpumpe zu verringern, um dadurch zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge der angeforderten Leistungsmenge folgt;
    einen O/C-Korrekturschritt, um nach dem Durchführen des Schritts zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, des Schritts zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge und des Schritts zur Berechnung der reformierten Wassermenge erneut nach dem dieser Leistungsmengenerzeugungsfolgeschritt durchgeführt wird, wenn der vorstehend beschriebene O/C oberhalb des Sollbereichs liegt, die Förderung der Brennstoffpumpe zu erhöhen und die reformierte Kohlenstoffmenge C zu korrigieren, um diese zu erhöhen, so dass dieses O/C in den Sollbereich zurückgeführt werden kann, und um andererseits dann, wenn das vorstehend beschriebene O/C unterhalb des Sollbereichs liegt, die Förderung der Brennstoffpumpe zu verringern und die reformierte Sauerstoffmenge C zu korrigieren, um diese zu verringern, so dass dieses O/C in den Sollbereich zurückgeführt werden kann.
  • In diesem Fall wird das Steuerverfahren angegeben, um zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge einer angeforderten Leistungserzeugungsmenge folgt, die in der Brennstoffzelle erzeugt wird, wenn diese angeforderte Menge geändert wird.
  • In dem Leistungsmengenerzeugungsfolgeschritt muss nämlich dann, wenn die angeforderte Leistungserzeugungsmenge geändert wird, so dass diese sich vergrößert, die erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle entsprechend vergrößert werden, so dass die Steuervorrichtung die Förderung der Brennstoffpumpe und die diejenige der Kathodenpumpe gemäß einer Erhöhung der erzeugten Leistungsmenge erhöht. Die Förderung von jeder der Pumpen wird somit geeignet neu bestimmt.
  • Wenn die angeforderte Leistungserzeugungsmenge so geändert wird, dass diese sich verringert, muss andererseits die erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle ebenso entsprechend verringert werden, so dass die Steuervorrichtung die Förderung der Brennstoffpumpe und diejenige der Kathodenpumpe gemäß einer Verringerung der erzeugten Leistungsmenge verringert. Auf diese Art wird ebenso die Förderung von jeder der Pumpen geeignet neu bestimmt. Es ist somit möglich, die erzeugte Leistungsmenge der Brennstoffzelle entsprechend gemäß einer Größenordnung einer Änderung der angeforderten Leistungserzeugungsmenge zu ändern.
  • Nachdem die erzeugte Leistungsmenge der Brennstoffzelle geändert ist (nach dem Leistungsmengenerzeugungsfolgeschritt) kann O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal außerhalb des Sollbereichs liegen. Daher werden in einem derartigen Fall als O/C-Korrekturschritt zuerst der Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, der Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge und der Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge durchgeführt, um die reformierte Kohlenstoffmenge C, die reformierte Sauerstoffmenge O und bzw. die reformierte Wassermenge S zu berechnen, um dadurch O/C und S/C zu berechnen.
  • Wenn O/C oberhalb des Sollbereichs liegt, wird angenommen, dass die reformierte Sauerstoffmenge O sich im Überschuss befindet, so dass die Förderung der Brennstoffpumpe erhöht wird, um die reformierte Kohlenstoffmenge C zu korrigieren, so dass diese ansteigen kann. Es ist somit möglich, das O/C in den Sollbereich zurück zu führen, um es dadurch auf einem geeigneten Wert zu halten. Wenn O/C unterhalb des Sollbereichs liegt, wird andererseits angenommen, dass die reformierte Sauerstoffmenge O unzureichend ist, so dass die Förderung der Brennstoffpumpe verringert wird, um die reformierte Kohlenstoffmenge C zu korrigieren, so dass diese sich verringern kann. Es ist somit möglich, O/C in den Sollbereich zurück zu führen, um dadurch dieses auf einem geeigneten Wert zu halten. Ferner ist es vorzuziehen, dass das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems ferner einen Schritt in dem O/C-Korrekturschritt zum Begrenzen eines Anstiegs einer Förderung der Brennstoffpumpe aufweist, so dass der vorstehend beschriebene S/C nicht 1 oder weniger sein kann, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe erhöht wird.
  • In diesem Fall ist es durch Vorsehen, dass S/C nicht 1 oder weniger in dem O/C-Korrekturschritt werden kann, möglich, wie vorstehend beschrieben ist, das Auftreten eines Falls zu verhindern, bei dem S/C 1 oder geringer wird, so dass in einem Reformatbrennstoff enthaltener Kohlenstoff unreagiert in dem Reformerreaktionsströmungskanal übrigbleibt, der somit den Reformerkatalysator usw. verschlechtert, der in dem Reformerreaktionsströmungskanal angeordnet ist.
  • Ferner ist es vorzuziehen, dass der Reformer mit einem Heizströmungskanal versehen ist, der angrenzend an den Reformerreaktionsströmungskanal ausgebildet ist, um eine Verbrennungsreaktion durchzuführen, so dass dieser Reformerreaktionsströmungskanal geheizt werden kann; und
    das Verfahren weist ferner einen Schritt in dem O/C-Korrekturschritt zum Unterdrücken einer Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal auf, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe nicht erhöht werden kann, da das vorstehend beschriebene S/C 1 oder geringer sein kann.
  • In diesem Fall ist es durch Durchführen einer Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal in dem O/C-Korrekturschritt möglich, wie vorstehend beschrieben ist, die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal in einem geeigneten Temperaturbereich zu halten und den Verbrauch der Menge des Reformatbrennstoffs zu verringern, der bei der Oxidationsreaktion in dem Reformerreaktionsströmungskanal verwendet wird. In diesem Fall kann, wie in dem vorstehend beschriebenen Fall, durch Unterdrücken der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal, der zum Heizen des Reformerreaktionsströmungskanals vorgesehen ist, die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal auf einem geeigneten Niveau gehalten werden.
  • In dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um:
    ebenso einen Schritt zur Berechnung einer reformierten Wassermenge zum Erhalten einer Menge erzeugten Wassers, die eine Menge des Wassers ist, das in dem Kathodenströmungskanal erzeugt wird, das durch die Erzeugung in der Brennstoffzelle erhalten wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge und zum Erhalten einer reformierten Wassermenge S, die eine Menge Wasser ist, das zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Menge des erzeugten Wassers durchzuführen; und
    wenn die reformierte Kohlenstoffmenge C mit einer Änderung der Förderung der Brennstoffpumpe in dem Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge korrigiert wird, ebenso Aufrechterhalten von S/C, das ein Anteil der reformierten Wassermenge S gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Sollbereich.
  • In diesem Fall führt die Steuervorrichtung neben dem Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge und dem Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge den Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge ebenso zum Berechnen der reformierten Wassermenge S durch, um dadurch S/C zu berechnen. Wenn eine Förderung der Brennstoffpumpe zum Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C in dem Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge geändert wird, kann die Korrektur so durchgeführt werden, dass S/C ebenso in einen Sollbereich fällt, um dadurch S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal ebenso auf einem geeigneten Wert zu halten.
  • Es ist somit möglich, eine reformierte Sauerstoffmenge O zu verwenden, die unter der Annahme einer Ist-Leistungserzeugungsbedingung in der Brennstoffzelle berechnet wird, so dass S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal ebenso auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, um dadurch zu gestatten, dass das Brennstoffzellensystem Leistung stabil und effizient erzeugt.
  • Ferner kann in den ersten und zweiten Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung die reformierte Kohlenstoffmenge C als molare Menge von Kohlenstoffatomen (C) erhalten werden, die in einem Reformatbrennstoff enthalten sind, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, und kann die reformierte Sauerstoffmenge O als molare Menge von Sauerstoffatomen (O) erhalten werden, die in einem Kathodengas enthalten sind, das zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird. Ebenso kann die reformierte Wassermenge S als eine molare Menge von erzeugtem Wasser (H2O) erhalten werden, das durch die Reaktion in der Brennstoffzelle erzeugt wird.
  • Ferner ist die erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle eng mit einem verbrauchten Wasserstoff mit einer Menge (verbrauchte Wasserstoffmenge in der Leistungserzeugungsreaktion) in einem Anodengas, das zu dem Anodenströmungskanal zugeführt wird, und einer verbrauchten Sauerstoffmenge (verbrauchte Sauerstoffmenge in einer Leistungserzeugungsreaktion) in dem Kathodengas, das zu dem Kathodenströmungskanal zugeführt wird, ebenso wie mit einer Menge Wasser (Menge des erzeugten Wassers) verknüpft, das durch diesen Verbrauch erzeugt wird. Daher wird in der vorliegenden Erfindung eine erzeugte Leistungsmenge in der Brennstoffzelle durch die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung erfasst wird, verwendet, um die verbrauchte Sauerstoffmenge und die reformierte Wassermenge zu erhalten, die bei dem Brennstoffzellensystemsteuerverfahren verwendet werden.
  • Ferner kann der Sollbereich des vorstehend beschriebenen O/C beispielsweise auf 0 bis 1,2 in einem molaren Verhältnis eingerichtet werden und kann dasjenige des vorstehend beschriebenen S/C beispielsweise auf 1 bis 3 in einem molaren Verhältnis eingerichtet werden.
  • Wenn das O/C oberhalb des Sollbereichs liegt, wird eine Oxidationsreaktion in dem Reformerreaktionsströmungskanal durch die Verwendung des Reformatbrennstoffs und des Sauerstoffs übermäßig, so dass nicht nur der Reformerreaktionsströmungskanal überhitzt sondern ebenso der Reformatbrennstoff übermäßig zu der Verwendung verbraucht wird, die etwas anderes als die Erzeugung von Wasserstoff ist, so dass eine Energieeffizienz sich dadurch verschlechtert.
  • Wenn das O/C unterhalb des Sollbereichs liegt, wird andererseits die Oxidationsreaktion in dem Reformerreaktionsströmungskanal unzureichend, so dass sich eine Temperatur des Reformerreaktionsströmungskanals verringert, so dass die Umwandlungseffizienz des Reformatbrennstoffs zu Wasserstoff verschlechtern kann.
  • Ferner ist es nicht immer nötig, den Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, den Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge und den Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge in dieser Reihenfolge durchzuführen, sondern können sie in einer zufälligen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner können diese Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Ferner können der Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, der Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge, der Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge und der Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge durchgeführt werden, wenn die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle sich stabilisiert hat. Ferner können der Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, der Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge, der Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge und der Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge auch nur dann durchgeführt werden, wenn eine Abnormität in dem Bremsstoffzellensystem aufgetreten ist, so dass die vorstehend beschriebene erzeugte Leistungsmenge abgefallen ist oder die vorstehend beschriebene Leistungserzeugungsanforderungsmenge geändert wurde, so dass sie sich vergrößert.
  • Ferner ist es möglich, in dem Reformerreaktionsströmungskanal in dem Reformer beispielsweise eine Wasserdampfreformerreaktion zum Erzeugen von Wasserstoff, Kohlenmonoxid usw. aus dem Reformatbrennstoff und Wasser durch einen Reformerkatalysator und eine Oxidationsreaktion zum Erzeugen von Wasser, Kohlendioxid usw. durch Verbrennen eines Teils des Reformatbrennstoffs und des Sauerstoffs durchzuführen. Es ist dann möglich, während Wasserstoff durch die Wasserdampfreformerreaktion erzeugt wird, die exotherme Reaktion als Oxidationsreaktion gegenüber dieser Wasserdampfreformerreaktion als endotherme Reaktion durchzuführen, um dadurch die Reaktionstemperatur in dem Reformer hoch zu halten.
  • Ferner ist es möglich, zu dem Anodenströmungskanal in der Brennstoffzelle direkt Anodengas zuzuführen, das in dem Reformerreaktionsströmungskanal in dem Reformer erzeugt wird. In diesem Fall kann der Elektrolytkörper in der Brennstoffzelle durch Aufeinanderlaminieren einer Wasserstoffseparationsmetallschicht ausgebildet werden, um zu verursachen, dass Wasserstoff in dem Anodengas, das zu dem Anodenströmungskanal zugeführt wird, hindurch tritt, und einer Protonenleiterschicht, die aus einer Keramik besteht, um zu verursachen, dass Wasserstoff, der durch diese Wasserstoffseparationsmetallschicht hindurch getreten ist, in einem protonierten Zustand durch diese hindurch tritt, so dass er den Kathodenströmungskanal erreichen kann.
  • Außerdem ist es ebenso möglich, ein Wasserstoffseperationsmetall zum Trennen von Wasserstoff aus dem Anodengas zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelle vorzusehen, so dass Wasserstoff, der durch dieses Wasserstoffseperationsmetall hindurch getreten ist, zu dem Anodenströmungskanal in der Brennstoffzelle zugeführt werden kann.
  • Ferner kann der vorstehend beschriebene Reformatbrennstoff beispielsweise ein Kohlenwasserstoffbrennstoff, ein Alkoholbrennstoff usw. sein. Dieser Kohlenwasserstoffbrennstoff kann beispielsweise ein Brennstoffgas, wie zum Beispiel Methan oder Ethan, verflüssigtes Petroleumgas, wie zum Beispiel Propan oder Butan oder Benzin, wie zum Beispiel Oktan sein. Ferner kann dieser Alkoholbrennstoff beispielsweise Methanol, Ethanol usw. sein.
  • (Ausführungsbeispiele)
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele eines Brennstoffzellensystems und eines Verfahrens zum Steuern desselben gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1-7 beschrieben.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Wie in 1 gezeigt ist, kann, wenn ein Brennstoffzellensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gesteuert wird, das einen Reformer 2 hat, der mit einem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zum Erzeugen von Wasserstoff und einer Brennstoffzelle 3 zum Erzeugen von Leistung durch Verwenden dieses Wasserstoffs versehen ist, eine reformierte Sauerstoffmenge O, die unter der Annahme eines Ist-Leistungserzeugungszustands in der Brennstoffzelle 3 berechnet wird, verwendet werden, um einen geeigneten Wert von dem jeweiligen O/C, das ein Anteil der reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber einer reformierten Kohlenstoffmenge C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 ist, und von S/C zu halten, der ein Anteil einer reformierten Wassermenge S gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist der Reformer 2 nämlich den Reformerreaktionsströmungskanal 21 zum Erzeugen eines Wasserstoff enthaltenden Anodengases Ga aus einem Reformatbrennstoff F und einen Heizströmungskanal 22, der angrenzend an diesen Strömungskanal 21 ausgebildet ist, zum Heizen desselben durch eine Verbrennungsreaktion auf. Die Brennstoffzelle 3 weist ferner einen Anodenströmungskanal 32, dem Anodengas Ga von dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, einen Kathodenströmungskanal 33, dem Kathodengas Gc zugeführt wird, das Sauerstoff enthält, einen Elektrolytkörper 31, der zwischen diesem Kathodenströmungskanal 33 und diesem Anodenströmungskanal 32 vorgesehen ist, und einen Kühlmediumströmungskanal 34 auf, dem ein Kühlmediumgas Gr zum Kühlen dieser Brennstoffzelle 3 zugeführt wird.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist das Brennstoffzellensystem 1 ferner eine Brennstoffpumpe 51, eine Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61, eine Kathodenpumpe 52, eine Kathodengaszufuhrerfassungseinrichtung 62, eine Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 und eine Steuervorrichtung 7 auf.
  • Die Brennstoffpumpe 51 ist angeordnet, um Reformatbrennstoff F zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen, und die Kathodenpumpe 52 ist angeordnet, um Kathodengas Gc zu dem Kathodenströmungskanal 33 zuzuführen.
  • Die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 ist angeordnet, um eine zugeführte Brennstoffmenge Qf zu erfassen, die eine Menge des Reformatbrennstoffs F angibt, die durch die Brennstoffpumpe 51 zugeführt wird, die Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62 ist angeordnet, um eine zugeführte Kathodengasmenge Qc zu erfassen, die eine Menge des Kathodengases Gc angibt, das durch die Kathodenpumpe 52 zugeführt wird, und die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 ist angeordnet, um eine erzeugte Leistungsmenge W zu erfassen, die von der Brennstoffzelle 3 abgegeben wird.
  • Ferner ist, wie in 1 gezeigt ist, mit einem Ausgang des Kathodenströmungskanals 33 eine Kathodenauslassgasleitung 46 verbunden, um das Kathodenauslassgas Oc, das von diesem Kanal freigesetzt wird, zu einem Eintritt des Reformerreaktionsströmungskanals 21 zu führen, so dass der Reformerreaktionsströmungskanal 21 das Kathodenauslassgas Oc verwenden kann, um eine Wasserdampfreformerreaktion und eine Oxidationsreaktion durchzuführen. Ferner enthält das Kathodenauslassgas Oc Restsauerstoff, der bei der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 unbenutzt übrig bleibt, erzeugtes Wasser, das Wasser ist, das durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 erzeugt wird, und hat eine Hochtemperaturwärmeenergie, die durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 erzeugt wird, so dass es möglich ist, in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 ein Anodengas Ga durch Verwenden dieses Restsauerstoffs, des erzeugten Wassers und der Hochtemperaturwärmeenergie zu erzeugen.
  • Ferner ist die Steuervorrichtung 7 angeordnet, um eine Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 so zu bestimmen, dass eine erzeugte Leistungsmenge W, die durch die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 erfasst wird, gleich einer erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr sein kann, die die Brennstoffzelle zum Betreiben einer Last 8 erzeugen soll.
  • Es ist anzumerken, dass die angeforderte Leistungserzeugungsmenge Wr sich auf eine erzeugte Leistungsmenge W bezieht, die die Brennstoffzelle 3 erzeugen soll, um die Last 8 zu betreiben, so dass die Steuervorrichtung 7 die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 unter Verwendung der angeforderten Leistungserzeugungsmenge Wr als Sollleistungserzeugungsmenge steuert.
  • Wie in den 2-4 gezeigt ist, führt die Steuervorrichtung 7 einen Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge, einen Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge, einen Schritt zur Berechnung der reformierten Wassermenge und einen Schritt zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge durch, um die reformierte Kohlenstoffmenge C, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen ist, gemäß der reformierten Sauerstoffmenge O zu korrigieren, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen ist.
  • Wie nämlich in 3 gezeigt ist, erhält in dem Schritt zur Berechnung der reformierten Kohlenstoffmenge die Steuervorrichtung 7 die reformierte Kohlenstoffmenge C, die eine Menge des Kohlenstoffs ist, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen ist, auf der Grundlage der zugeführten Brennstoffmenge Qf, die durch die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 erfasst wird.
  • Ferner erhält, wie in 3 gezeigt ist, bei dem Schritt zur Berechnung der reformierten Sauerstoffmenge die Steuervorrichtung 7 zuerst eine verbrauchte Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff in dem Kathodengas Gc ist, die zum Erzeugen von Leistung in der Brennstoffzelle 3 verbraucht wird, aus der erzeugten Leistungsmenge W, die durch die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 erfasst wird. Ferner erhält die Steuervorrichtung 7 eine zugeführte Sauerstoffmenge, die eine Menge Sauerstoff ist, der zu dem Kathodenströmungskanal 33 zugeführt wird, aus der zugeführten Kathodengasmenge Qc, die durch die Kathodengaszuführmengeerfassungseinrichtung 62 erfasst wird.
  • Nachfolgend subtrahiert die Steuervorrichtung 7 die verbrauchte Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge, um eine Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc zu erhalten. Auf diese Weise wird die reformierte Sauerstoffmenge O, die die Menge Sauerstoff ist, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge erhalten. Wie erneut in 3 gezeigt ist, erhält in dem Berechnungsschritt der reformierten Wassermenge die Steuervorrichtung 7 eine erzeugte Wassermenge, die eine Menge Wasser ist, das in dem Kathodenströmungskanal 33 durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 erzeugt wird, aus der erzeugten Leistungsmenge W, die durch die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 erfasst wird. Sie erhält dann die reformierte Wassermenge S, die eine Menge Wasser ist, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, auf der Grundlage der erzeugten Wassermenge.
  • Auf diese Weise können die reformierte Kohlenstoffmenge C, die reformierte Sauerstoffmenge O und die reformierte Wassermenge S in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 jeweils erhalten werden.
  • Nachfolgend ändert in dem Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge, wie in 4 gezeigt ist, die Steuervorrichtung 7 die Förderung der Kraftstoffpumpe 51, so dass das vorstehend beschriebene O/C und S/C in ihre jeweiligen Sollwertbereiche fallen können.
  • In dem Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge wird nämlich die reformierte Kohlenstoffmenge C gemäß dieser reformierten Sauerstoffmenge O unter Bezugnahme auf eine reformierte Sauerstoffmenge O korrigiert, die bei dem Berechnungsschritt der reformierten Sauerstoffmenge erhalten wird, so dass O/C in den Sollwertbereich fallen kann. Ferner korrigiert (ändert) sie bei dieser Korrektur von O/C die reformierte Kohlenstoffmenge C, so dass dieses S/C nicht aus einem Sollwertbereich gelangen kann. Es wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, dass ein Sollwert von O/C zwischen 0 und 1,2 ausgewählt wird und derjenige von S/C zwischen 1 und 3 ausgewählt wird. Ferner bezieht sich der Sollwertbereich auf einen Bereich, der etwas in die beiden positiven und negativen Richtungen mit Bezug auf einen Sollwert erweitert sind.
  • Das wird nachstehend im Einzelnen angegeben.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird der Elektrolytkörper 31 in der Brennstoffzelle 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels durch Laminieren einer Wasserstoffseparationsmetallschicht 311 zum Verursachen, dass Wasserstoff in dem Anodengas Ga, das zu dem Anodenströmungskanal 32 zugeführt wird, hindurchtritt, und einer aus Keramik bestehenden Protonenleiterschicht 312 erhalten, zum Verursachen, dass Wasserstoff, der durch diese Wasserstoffseparationsmetallschicht 311 getreten ist, in einem protonierten Zustand hindurchtritt, so dass er den Kathodenströmungskanal 33 erreichen kann. Die Wasserstoffseparationsmetallschicht 311 besteht aus Metall enthaltendem Palladium (Pd) und die Protonenleiterschicht 312 besteht BaCeO3-basiertem oder SrCeO3-basiertem Perovskit-Oxid. Damit kann die Brennstoffzelle 3 Leistung erzeugen, ohne die Protonenleiterschicht 312 mit Wasser zu imprägnieren, wobei sie somit bei einer hohen Temperatur von beispielweise 300-600°C arbeiten kann.
  • Ferner kann eine Temperatur eines Anodengases Ga, das in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 in dem Reformer 3 erzeugt wird, auf 300-600°C eingestellt werden. Daher können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 und die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 3 ungefähr gleich eingestellt werden, dass somit das Anodengas Ga von dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 direkt zu dem Anodenströmungskanal 32 in der Brennstoffzelle 3 zuführt.
  • Ferner kann das Kathodenauslassgas Oc, das zu dem Kathodenströmungskanal 33 freigesetzt wird, direkt zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 bei einer hohen Temperatur in der Nähe der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 3 geführt werden.
  • Ferner hat, wie in 1 gezeigt ist, der Elektrolytkörper 31 eine Anodenelektrode 321, die an einer Fläche der Protonenleiterschicht 312 an der Seite des Anodenströmungskanals 32 ausgebildet ist, und eine Kathodenelektrode 331, die an einer Fläche der Protonenleiterschicht 312 an der Seite des Kathodenströmungskanals 33 ausgebildet ist. Ferner ist zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode eine Zellenausgangsverdrahtungsleitung 301 zum Entnehmen von Leistung von der Brennstoffzelle 3 verbunden, wobei diese Zellenausgangsverdrahtungsleitung 301 mit der Last 8 verbunden ist, die mit der durch die Brennstoffzelle 3 erzeugten Leistung arbeitet.
  • Ferner kann die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 einen Wert einer Leistung oder eines Stroms an der Zellenausgangsverdrahtungsleitung 301 messen, um eine durch die Brennstoffzelle 3 erzeugte Leistungsmenge W zu erfassen.
  • Ferner kann die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 als Leistungsmessgerät zum Messen einer Leistungsmenge bei der Brennstoffzelle 3 dienen. Da ferner eine Spannung einer Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 3 oft im Wesentlichen konstant ist, kann die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 beispielsweise ebenso als Amperemeter zum Erfassen einer Stromstärke an der Brennstoffzelle 3 dienen.
  • Ferner können die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 und die Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62 als Durchflussmessgerät dienen.
  • Ferner sind, wie in 1 gezeigt ist, ein Eintritt des Reformerreaktionsströmungskanals 21 und die Kraftstoffpumpe 51 miteinander über eine Kraftstoffzufuhrleitung 41 zum Zuführen des Reformatbrennstoffs F der Brennstoffpumpe 51 zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 verbunden. Die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 ist entlang einer Brennstoffzufuhrleitung 41 angeordnet.
  • Ferner sind der Kathodenströmungskanal 33 und die Kathodenpumpe 52 miteinander über eine Kathodengaszufuhrleitung 43 zum Zuführen des Kathodengases Gc von der Kathodenpumpe 52 zu dem Kathodenströmungskanal 33 verbunden. Die Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62 ist entlang der Kathodengaszufuhrleitung 43 angeordnet.
  • Ferner sind der Austritt des Reformerreaktionsströmungskanals 21 und der Eintritt des Anodenströmungskanals 32 miteinander über eine Anodengaszufuhrleitung 42 verbunden, in der Anodengas Ga strömt, das in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 erzeugt wird.
  • Ferner ist mit einem Austritt des Anodenströmungskanals 32 eine Anodenauslassgasleitung 45 verbunden, die Anodenauslassgas Oa, das von diesem Austritt abgeführt wird, zu einem Eintritt des Heizströmungskanals 22 führt. Der Heizströmungskanal 22 in dem Reformer 2 ist konfiguriert, um eine Verbrennungsreaktion unter Einsatz von Restwasserstoff (bei der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 nicht verbrauchter Wasserstoff), der in dem Anodenauslassgas Oa enthalten ist, Stoffen (insbesondere brennfähige Stoffe, wie z. B. Kohlenmonoxid oder Methan), die andere als der in dem Anodengas Ga enthaltener Wasserstoff sind, und Wärmeenergie durchzuführen, die durch die Brennstoffzelle 3 u.s.w. erhalten wird.
  • Ferner ist mit dem Kühlmediumströmungskanal 34 in der Brennstoffzelle 3 eine Kühlmediumpumpe 53 zum Zuführen eines Kühlmediumgases Gr zu diesem Kühlmediumströmungskanal 34 über eine Kühlgaszufuhrleitung 44 verbunden. Ferner ist mit einem Austritt des Kühlmediumströmungskanals 34 eine Kühlmediumauslassgasleitung 47 zum Führen des Kühlmediumauslassgases Or, das von diesem Austritt freigesetzt wird, zu dem Eintritt des Heizströmungskanals 22 verbunden. Dieser Heizströmungskanal 22 ist konfiguriert, um eine Verbrennungsreaktion unter Einsatz von in dem Kühlmediumauslassgas enthaltenem Sauerstoff und einer Wärmeenergie durchzuführen, die durch die Brennstoffzelle 3 usw. erhalten wird.
  • Ferner werden der Reformatbrennstoff F und das Kathodenauslassgas Oc durch ein Mischventil 461 des Reformerreaktionsströmungskanals 21 gemischt und zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 geführt, wobei zusätzlich das Anodenauslassgas Oa und das Kühlmediumauslassgas Or durch ein Mischventil 451 des Heizströmungskanals 22 gemischt werden und zu dem Heizströmungskanal 22 geführt werden. Ferner wird ein Verbrennungsauslassgas, das sich nach der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal 22 ergibt, von einer Abgasleitung 48, die mit dem Austritt des Heizströmungskanals 22 verbunden ist, aus dem Brennstoffzellensystem 1 abgeführt.
  • Es ist anzumerken, dass der Reformatbrennstoff F des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Kohlenwasserstoffbrennstoff ist und das Kathodengas Gc sowie das Kühlmediumgas Gr Luft ist.
  • Ferner führt die Steuervorrichtung 7 eine Vielzahl von Steuervorgängen bei dem Brennstoffzellensystem 1 durch. Die Steuervorrichtung 7 ist konfiguriert, um Eingabedaten als erfasste Werte von der Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63, der Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 und der Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62 zu empfangen und Ausgabedaten zum Betreiben dieser an die Brennstoffpumpe 51 und die Kathodenpumpe 52 zu senden.
  • Wie in 2 gezeigt ist, betätigt die Steuervorrichtung 7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Brennstoffzellensystem 1, um zuerst einen Ausgangssteuerablauf in einem Ausgangsstadium beim Start der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 durchzuführen und dann nachfolgend in einem stationären Stadium einer stabilen Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 einen Hauptsteuerablauf zum Überwachen durchzuführen, ob die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr, die für die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 3 angefordert wird, sich geändert hat und ob die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 abgefallen ist.
  • Wenn in dem Hauptsteuerablauf herausgefunden wird, dass die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 abgefallen ist, führt die Vorrichtung eine Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine durch, wie in 5 gezeigt ist, und wenn herausgefunden wird, dass die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr geändert wurde, führt sie eine Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine durch, wie in 6 gezeigt ist.
  • Ferner führt sie in dem Ausgangssteuerablauf eine O/C·S/C-Berechnungsroutine aus, wie in 3 gezeigt ist, um O/C und S/C zu berechnen, und führt nachfolgend eine Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine aus, wie in 4 gezeigt ist, um die Förderung der Brennstoffpumpe 51 zu ändern, um dadurch die reformierte Kohlenstoffmenge C gemäß der reformierten Sauerstoffmenge O zu korrigieren.
  • Ferner führt sie in dem Hauptsteuerablauf die O/C·S/C-Berechnungsroutine und die Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/-verringerungskorrekturroutine aus, wie in 5 gezeigt ist, um die reformierte Kohlenstoffmenge C gemäß der reformierten Sauerstoffmenge O zu korrigieren, um dadurch die erzeugte Leistungsmenge W der Brennstoffzelle 3 wiederherzustellen. Ferner führt sie in der Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine in dem Hauptsteuerablauf die O/C·S/C-Berechnungsroutine und die Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine aus, wie in 6 gezeigt ist, um die reformierte Kohlenstoffmenge C gemäß der reformierten Sauerstoffmenge O zu korrigieren, um dadurch zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge W der Brennstoffzelle 3 der erforderlichen Leistungserzeugungmenge Wr folgt.
  • Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern des Brennstoffzellensystems 1 unter Bezugnahme auf die 2-6 im Einzelnen beschrieben.
  • (Ausgangssteuerablauf)
  • In 2 nimmt beim Start der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 die Steuervorrichtung 7 eine erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr auf, die die Brennstoffzelle 3 erzeugen soll, um die Last 8 zu betreiben (Schritt S01), und bestimmt eine Sollförderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52, so dass die erzeugte Leistungsmenge W der Brennstoffzelle 3 die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr decken kann (S02).
  • Es ist anzumerken, dass dieser Zustand, in dem die erzeugte Leistungsmenge W die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr deckt, sich auf einen derartigen Zustand bezieht, bei dem die erzeugte Leistungsmenge W nahezu gleich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr ist, oder die erzeugte Leistungmenge W innerhalb eines vorbestimmten erforderlichen Bereichs größer als die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr ist. Der erforderliche Bereich kann auf einen Wert eingerichtet werden, der ein wenig höher als ein Wert der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr ist.
  • Beim Bestimmen der Förderung der Brennstoffpumpe 51 und derjenigen der Kathodenpumpe 52 verwendet die Steuervorrichtung 7 ein Förderungs/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld, in dem eine Beziehung zwischen den Förderungen dieser Pumpen 51 und 52 und der erzeugten Leistungsmenge W der Brennstoffzelle 3 im voraus erhalten wird. Dieses Förderungs/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld gibt in einer Grafik usw. an, wie sich die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 ändert, wenn die zugeführte Brennstoffmenge Qf, die von der Brennstoffpumpe 51 zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, und die zugeführte Kathodengasmenge Qc, die von der Kathodenpumpe 52 zu dem Kathodenströmungskanal 33 zugeführt wird, jeweils unter einer Bedingung geändert werden, das in dem Brennstoffzellensystem 1 die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 und diejenige in der Brennstoffzelle 3 jeweils in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten werden und ein Druck in dem Anodenströmungskanal 32 und derjenige in dem Kathodenströmungskanal 33 in der Brennstoffzelle 3 jeweils in einem vorbestimmten Druckbereich gehalten werden.
  • Wenn die Sollförderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 bestimmt werden, werden ein absoluter Mengenwert der reformierten Kohlenstoffmenge C und derjenige der reformierten Sauerstoffmenge O, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt werden, bestimmt.
  • Ferner gibt das Förderungs/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld in einer Grafik ebenso an, wie sich O/C und S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 ändern, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 geändert werden. Wenn daher die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 bestimmt werden, werden ebenso ein Sollwert von O/C und derjenige von S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 bestimmt.
  • Dann wird auf der Grundlage von O/C eine Rate einer Oxidationsreaktion bestimmt, die in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 durchzuführen ist, und wird auf der Grundlage von S/C eine Rate einer Wasserdampfreformerreaktion bestimmt, die in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 durchzuführen ist. Da ferner in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal 22 verwendet wird, um den Reformerreaktionsströmungskanal 21 zu erhitzen, ist es möglich, O/C so gut wie möglich zu verringern, um dadurch die Menge des in der Oxidationsreaktion verbrauchten Reformatbrennstoffs F so gut wie möglich zu verringern.
  • Dann werden die Brennstoffpumpe 51 und die Kathodenpumpe 52 betrieben, um den Reformatbrennstoff F von der Brennstoffpumpe 51 zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen und ebenso das Kathodengas Gc von der Kathodenpumpe 52 zu dem Kathodenströmungskanal 33 zuzuführen (S03). In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 7 die Brennstoffpumpe 51 steuern, so dass die zugeführte Brennstoffmenge Qf, die durch die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61 erfasst wird, gleich einer Sollförderung der Brennstoffpumpe 51 sein kann, und kann ebenso die Kathodenpumpe 52 steuern, so dass die zugeführte Kathodengasmenge Qc, die durch die Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62 erfasst wird, gleich einer Sollförderung der Kathodenpumpe 52 sein kann.
  • Die Steuervorrichtung 7 stellt dann die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 fein ein, bis die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 sich stabilisiert hat, wobei sie somit eine Steuerung vornimmt, so dass die erzeugte Leistungsmenge W, die durch die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 erfasst wird, eine erforderliche Leistungserzeugungsmenge (Sollleistungserzeugungsmenge) Wr decken kann, die durch die Last 8 angefordert wird.
  • Auf diese Weise führen in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 der von der Brennstoffpumpe 51 zugeführte Reformatbrennstoff F und Heißwasser (Wasserdampf) in dem Kathodenauslassgas Oc, das von der Kathodenauslassgasleitung 46 geführt wird, eine Wasserdampfreformerreaktion über den Reformerkatalysator durch, der in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 vorgesehen ist, um ein Wasserstoff enthaltendes Anodengas Ga zu erzeugen. Ferner führen in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 ein Teil des Reformatbrennstoffs F und Hochtemperatursauerstoff in dem Kathodenauslassgas Oc eine Oxidationsreaktion zum Erhitzen des Inneren des Reformerreaktionsströmungskanals 21 durch. Ferner führen in dem Heizströmungskanal 22 Wasserstoff, brennfähige Stoffe, usw. in dem Anodenauslassgas Oa, das von der Anodenauslassgasleitung 45 geführt wird, und Hochtemperatursauerstoff in dem Kühlmediumauslassgas Or, das von der Kühlmediumauslassgasleitung 47 geführt wird, eine Verbrennungsreaktion durch, um den Reformerreaktionsströmungskanal 21 zu erhitzen.
  • Ferner wird dem Anodenströmungskanal 32 in der Brennstoffzelle 3 Anodengas Ga von dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt, so dass Wasserstoff in dem Anodengas Ga von dem Anodenströmungskanal 32 durch die Wasserstoffseparationsmetallschicht 311 in dem Elektrolytkörper 31 und in der protonierter Bedingung hindurchtritt, durch die Protonenleiterschicht 312 in dem Elektrolytkörper 31 hindurchtritt, um den Kathodenströmungskanal 33 in der Brennstoffzelle 3 zu erreichen. In dem Kathodenströmungskanal 33 reagieren protonierter Wasserstoff und Sauerstoff in dem Kathodengas Gc, das von der Kathodenpumpe 52 zugeführt wird, miteinander, um in der Brennstoffzelle 3 Leistung zu erzeugen.
  • (O/C·S/C-Berechnungsroutine)
  • Wenn die Leistungserzeugung sich in der Brennstoffzelle 3 stabilisiert hat, berechnet als nächstes die Steuervorrichtung 7 O/C und S/C in der O/C·S/C-Berechnungsroutine (S04).
  • Wie in 3 gezeigt ist, verwendet nämlich in der O/C·S/C-Berechnungsroutine die Steuervorrichtung 7 zuerst die Brennstoffzufuhrmengenerfassungseinrichtung 61, um eine zugeführte Brennstoffmenge Qf zu erfassen, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird (S041). Dann erhält sie in dem Berechnungsschritt der reformierten Kohlenstoffmenge eine reformierte Kohlenstoffmenge C, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, unter Verwendung der zugeführten Brennstoffmenge Qf und der Anzahl der Mole von Kohlenstoff, die in dem Reformatbrennstoff F enthalten sind (S042).
  • Ferner verwendet die Steuervorrichtung 7 die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63, um eine in der Brennstoffzelle 3 erzeugte Leistungsmenge W zu erfassen (S043). Dann erhält in dem Berechnungsschritt der reformierten Wassermenge die Steuervorrichtung 7 eine Menge des erzeugten Wassers, das in dem Kathodenströmungskanal 33 durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 erzeugt wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge W (S044). In diesem Fall ist es möglich, ein Wassererzeugungsmengen/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld zu verwenden, in dem eine Beziehung zwischen einer erzeugten Wassermenge und einer erzeugten Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 im voraus erhalten wird. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fast das gesamte Kathodenauslassgas Oc zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 geführt, so dass die reformierte Wassermenge S, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, unter der Annahme erhalten wird, dass sie nahezu gleich der erzeugten Wassermenge ist.
  • Ferner erhält in dem Berechnungsschritt der reformierten Sauerstoffmenge die Steuervorrichtung 7 eine verbrauchte Sauerstoffmenge in dem Kathodengas Gc, die bei der Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 verbraucht wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge W (S045). In diesem Fall ist es möglich, ein Sauerstoffverbrauchsmengen/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld zu verwenden, in dem eine Beziehung zwischen einer verbrauchten Sauerstoffmenge und einer erzeugten Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 im voraus erhalten wird.
  • Ferner verwendet die Steuervorrichtung 7 eine Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung 62, um ein zugeführtes Kathodengas Qc zu erfassen, das zu dem Kathodenströmungskanal 33 zugeführt wird (S046). Sie erhält dann eine zugeführte Sauerstoffmenge, die zu dem Kathodenströmungskanal 33 zugeführt wird, unter Verwendung der zugeführten Kathodengasmenge Qc und der Anzahl der Mole Sauerstoff, die in dem Kathodengas Gc enthalten sind (S047).
  • Die Steuervorrichtung 7 subtrahiert die verbrauchte Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge, um eine Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc als molare Größe zu erhalten. Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da nahezu das gesamte Kathodenauslassgas Oc zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 geführt wird, die reformierte Sauerstoffmenge O, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, unter der Annahme erhalten, dass sie nahezu gleich der Restsauerstoffmenge ist (S048).
  • Auf diese Weise werden die reformierte Kohlenstoffmenge C, die reformierte Sauerstoffmenge O und die reformierte Wassermenge S, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt werden, in einer molaren Größe erhalten und erhält die Steuervorrichtung 7 O/C und S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 (S049).
  • (Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine)
  • Als nächstes entscheidet, wie in 4 gezeigt ist, in einer Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine (S05) die Steuervorrichtung 7, ob ein Wert von O/C, der durch die vorstehend angegebenen Berechnungen erhalten wird, in einen Sollwertbereich in dem Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge fällt (S051). Wenn der Wert von O/C in dem Sollwertbereich liegt (JA in S051), gibt es keinen Bedarf, eine Förderung der Brennstoffpumpe 51 zu korrigieren, so dass der Prozess unmittelbar die Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine beendet.
  • Wenn andererseits der Wert von O/C nicht in dem Sollwertbereich liegt (NEIN in S051), entscheidet der Prozess, ob der O/C-Wert größer als der Sollwert ist (S052). Wenn der Wert von O/C größer als der Sollwert ist (JA in S052), entscheidet der Prozess, dass ein Anteil der reformierten Kohlenstoffmenge C unzureichend ist und erhält die Information, die sehr unzureichend die reformierte Kohlenstoffmenge C ist, um den Sollwert von O/C zu erfüllen. Gemäß dieser unzureichenden Menge der reformierten Kohlenstoffmenge C erhält der Prozess eine temporäre reformierte Kohlenstoffmenge C', die den Sollwert O/c erfüllen soll. Ferner berechnet der Prozess eine Erhöhung der Förderung (Förderungserhöhung) der Brennstoffpumpe 51, die erforderlich ist, um diese temporäre reformierte Kohlenstoffmenge C' zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen (S053).
  • Wenn andererseits der Wert von O/C kleiner als der Sollwert ist (NEIN in S052), entscheidet der Prozess, dass der Anteil der reformierten Kohlenstoffmenge C überschüssig ist, und erhält den Überschuss der reformierten Kohlenstoffmenge C, der zu verringern ist, auf der Grundlage der reformierten Sauerstoffmenge O, um den Sollwert O/C zu erfüllen. Gemäß diesem Überschuss der reformierten Kohlenstoffmenge C berechnet der Prozess eine Verringerung der Förderung (Förderungsverringerung) der Brennstoffpumpe 51, die erforderlich ist, um den Sollwert von O/C zu erfüllen (S054).
  • Ferner werden, nachdem die Förderungserhöhung von der Brennstoffpumpe 51 berechnet ist (nach S053), die temporäre reformierte Kohlenstoffmenge C' und die reformierte Wassermenge S verwendet, um S/C' zu erhalten (S055). Der Prozess entscheidet, ob dieses S/C' größer als 1 ist (S056). Wenn S/C' größer als 1 ist (JA in S056), bestimmt der Prozess die temporäre reformierte Kohlenstoffmenge C' als reformierte Kohlenstoffmenge C, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen ist, und bestimmt ebenso eine Förderungserhöhung der Brennstoffpumpe 51.
  • Wenn andererseits S/C' 1 oder weniger ist (NEIN in S056), berechnet der Prozess die temporäre reformierte Kohlenstoffmenge C' neu, um S/C' auf einen Wert von größer als 1 einzustellen (S057). Der Prozess bestimmt einen derartigen Wert der temporären reformierten Kohlenstoffmenge C', so dass S/C' ein geeigneter Wert sein kann, der größer als 1 ist, als reformierte Kohlenstoffmenge C, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, um eine Förderungserhöhung der Brennstoffpumpe 51 korrigierend zu verringern, um diese reformierte Kohlenstoffmenge C unterzubringen (S058).
  • Auf diese Weise kann durch neu Berechnen der temporären reformierten Kohlenstoffmenge C', so dass S/c' nicht 1 oder weniger sein kann, verhindert werden, dass eine überschüssige Menge Kohlenstoff zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, so dass unreagierter Kohlenstoff in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 bleibt, der zu einer Verschlechterung des Reformerkatalysators usw. führt, der in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 vorgesehen ist.
  • Nachfolgend wird, nachdem die Förderungserhöhnung von der Brennstoffpumpe 51 zur Verringerung korrigiert wird (nach S058), berücksichtigt, dass ein Anteil der reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt wird, überschüssig wird, und dass der O/C-Wert einen Sollwert übersteigt, so dass der Reformerreaktionsströmungskanal 21 mehr als notwendig erhitzt werden kann. Daher berechnet zum Halten der Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 auf einem geeigneten Wert der Prozess eine Verringerung der Aufheizung, die erforderlich ist, um die Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal 22 zu unterdrücken (S059). Gemäß dieser Verringerung der Aufheizung des Heizströmungskanals 22 wird die Verbrennung zum Erhitzen in dem Heizströmungskanal 22 unterdrückt (S060). Zum Unterdrücken der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal 22 kann ebenso ein Teil des Anodengases Ga, das durch die Anodenauslassgasleitung 45 strömt, abgeführt werden. Gemäß der Förderungserhöhung oder -verringerung von der Brennstoffpumpe 51, die so berechnet werden, wird die Förderung der Brennstoffpumpe 51 geändert (S061).
  • Durch derartiges Ausführen der Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine ist es möglich, die Förderung der Brennstoffpumpe 51 so einzustellen, dass O/C in einem Sollwertbereich gegenüber einer reformierten Sauerstoffmenge O gehalten werden kann, die unter Berücksichtigung der erzeugten Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 erhalten wird. Damit wird in der Brennstoffzelle 3 die Leistung geeignet erzeugt.
  • (Hauptsteuerablauf)
  • Wie in 2 gezeigt ist, wird in dem Brennstoffzellensystem 1, nachdem die Steuerung unter der Bedingung gestartet wird, dass O/C und S/C jeweils sich in einem Sollwertbereich befinden, die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung verwendet, um eine erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 zu erfassen (S06). Der Prozess überwacht, ob diese erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 eine erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr deckt. Die Steuervorrichtung 7 überwacht nämlich sequenziell, ob die erzeugte Leistungsmenge W die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr (S07) deckt und ob die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr geändert wird (S09).
  • Wenn die erzeugte Leistungsmenge W unter die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr abgefallen ist (JA in S07), führt der Prozess die Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine aus (S08).
  • (Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine)
  • Wenn die erzeugte Leistungsmenge W geringer als die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr ist, wird vermutet, dass eine Abnormität bei dem Brennstoffzellensystem 1 aufgetreten ist. In diesem Fall wird aufgrund einer Verringerung der erzeugten Leistungsmenge W die verbrauchte Sauerstoffmenge in dem Kathodengas Gc verringert, dass durch die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 verbraucht wird, so dass durch diese Verringerungsmenge eine Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc sich erhöht, wodurch sich eine reformierte Sauerstoffmenge O erhöht, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zuzuführen ist.
  • Dadurch wird durch Ausführen der folgenden Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine die Förderung der Brennstoffpumpe 51 gemäß einer Erhöhung der reformierten Sauerstoffmenge O erhöht und wird durch Erhöhen der reformierten Kohlenstoffmenge C das vorstehend beschriebene O/C in dem Sollwertbereich gehalten, um die erzeugte Leistungsmenge W wiederherzustellen, um die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr zu decken.
  • Wie nämlich in 5 gezeigt ist, führt in der Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine (S08) als Schritt zur Wiederherstellung der erzeugten Leistungsmenge, wie vorstehend beschrieben ist, die O/C·S/C-Berechnungsroutine (S081) aus, um O/C und S/C erneut zu berechnen, und führt ebenso die vorstehend beschriebene Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine aus (S082), um die Förderung der Brennstoffpumpe 51 geeignet zu ändern. Insbesondere zum Halten O/C-Werts in dem Sollwertbereich wird die reformierte Kohlenstoffmenge C gemäß einer Erhöhung der reformierten Sauerstoffmenge O erhöht, um somit die Förderung der Brennstoffpumpe 51 zu erhöhen.
  • Darauf wird die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 verwendet, um die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 erneut zu erfassen (S083). Dann entscheidet der Prozess, ob die erzeugte Leistungsmenge W wiederhergestellt ist, nämlich die erzeugte Leistungsmenge W eine erforderliche Leistungsmenge Wr deckt (S084). Wenn die erzeugte Leistungsmenge W wiederhergestellt ist (JA in S084), beendet der Prozess die Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine.
  • Wenn die erzeugte Leistungsmenge W nicht wiederhergestellt ist, auch wenn die O/C·S/C-Berechnungsroutine und die Brennstoffpumpmengenerhöhungs/-verringerungskorrekturroutine ausgeführt werden (NEIN in S084), wird andererseits berücksichtigt, dass die erzeugte Leistungsmenge W nicht mehr nur durch Erhöhen der Förderung der Brennstoffpumpe 51 wiederhergestellt werden kann, so dass der Prozess die Förderung der Kathodenpumpe 52 erhöht (S085). Somit steigt durch Erhöhen der Förderung dieser Kathodenpumpe 52 die Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc an, so dass sich die reformierte Sauerstoffmenge O erhöht. Daher wird angenommen, dass durch erneutes Ausführen der O/C·S/C-Berechnungsroutine und der Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine die erzeugte Leistungsmenge W wiederhergestellt wird.
  • Ferner wird die Förderung der Kathodenpumpe 52 wenig Schritt für Schritt erhöht, um den Prozess von S081 bis S085, bis die erzeugte Leistungsmenge W wiederhergestellt ist (bis „JA" als Ergebnis der Entscheidung von S084 abgegeben wird), woraufhin die Leistungserzeugungsmengenwiederherstellungsroutine beendet wird.
  • Es ist somit möglich, die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 wiederherzustellen, um die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr unter der Bedingung zu decken, dass O/C und S/C jeweils in einem Sollwertbereich so gut wie möglich gehalten werden, auch wenn eine Abnormität an dem Brennstoffzellensystem aufgetreten ist.
  • Es ist anzumerken, dass dann, wenn das Brennstoffzellensystem 1 von dem abnormalen Zustand zu dem normalen Zustand wiederhergestellt wird, um die erzeugte Leistungsmenge W zu erhöhen, die Förderung der Brennstoffpumpe 51 auf den Ursprungszustand (den Zustand vor der Erhöhungs-/-verringerungskorrektur zurückgestellt werden kann.
  • Als nächstes führt dann, wenn die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr, die in der Brennstoffzelle 3 erzeugt werden soll, in den Hauptsteuerablauf 2 geändert wird (JA in S09), der Prozess einer Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine aus (S10).
  • (Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine)
  • Wenn die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr, die zur Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 erforderlich ist, geändert wird, ist es notwendig zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr nach der Abänderung folgt. Daher wird verursacht, dass in der Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine durch geeignetes Ändern der Förderung der Brennstoffpumpe 51 und derjenigen der Kathodenpumpe 52 die erzeugte Leistungsmenge W der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr nach der Abänderung folgt.
  • Wie nämlich in 6 gezeigt ist, nimmt in der Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine (S10) als Folgeschritt der erzeugten Leistungsmenge die Steuervorrichtung 7 zunächst eine erneut geänderte erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr auf (S101) und verwendet das Förderungs/Leistungserzeugungsmengenbeziehungskennfeld, um die Sollförderung der Brennstoffpumpe und diejenige der Kathodenpumpe 52 neu zu bestimmen, so dass die erzeugte Leistungsmenge W die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr decken kann (S102). Wenn insbesondere die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr zur Erhöhung geändert wird, bestimmt die Steuervorrichtung 7 die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52, so dass diese sich erhöhen, und wenn die erforderliche Leistungserzeugungsmenge sich zur Verringerung geändert hat, bestimmt sie andererseits die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 neu, so dass diese sich verringern.
  • Dann ändert die Steuervorrichtung 7 die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der Kathodenpumpe 52 (S103). Es ist somit möglich zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr folgt.
  • Nachfolgend führt der Prozess als O/C-Korrekturschritt die vorstehend beschriebene O/C·S/C-Berechnungsroutine aus (S104), um O/C und S/C erneut zu berechnen, und führt ebenso die vorstehend beschriebene Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine (S105) aus, um die Förderung der Brennstoffpumpe 51 geeignet zu ändern.
  • Wenn insbesondere O/C oberhalb des Sollwertbereichs liegt, wird die Förderung der Brennstoffpumpe 51 erhöht und wird die reformierte Kohlenstoffmenge C korrigierend erhöht. Wenn O/C geringer als der Sollwertbereich ist, wird andererseits die Förderung der Brennstoffpumpe 51 verringert und wird die reformierte Kohlenstoffmenge C korrigierend verringert. Es ist somit möglich, O/C in den Sollwertbereich erneut zurückzuführen, auch wenn ein Wert von O/C aus dem Sollwertbereich gelaufen ist, wenn die erzeugte Leistungsmenge W verändert wird, um der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr zu folgen.
  • Darauf wird die Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung 63 verwendet, um die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 erneut zu erfassen (S106). Dann entscheidet der Prozess, ob die erzeugte Leistungsmenge W sich in dem erforderlichen Bereich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr befindet (S107). Wenn die erzeugte Leistungsmenge W sich in dem erforderlichen Bereich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr befindet (JA in S107), beendet der Prozess die Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine. Es ist anzumerken, dass der erforderliche Bereich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr auf einen Bereich von einem Wert, der nahezu gleich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr ist, bis zu einem Wert eingestellt werden kann, der ein wenig größer als die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr ist.
  • Wenn andererseits die erzeugte Leistungsmenge W außerhalb des erforderlichen Bereichs der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr liegt (NEIN in S107), wird angenommen, dass die erzeugte Leistungsmenge W nicht mehr durch Erhöhen der Förderung der Brennstoffpumpe 51 wiederhergestellt werden kann, so dass die Förderung der Kathodenpumpe 52 erhöht oder verringert wird.
  • Zuerst entscheidet nämlich der Prozess, ob die erzeugte Leistungsmenge W geringer als die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr ist (JA in S108), erhöht der Prozess die Förderung der Kathodenpumpe 52 (S109). Damit erhöht sich die Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc, um die reformierte Sauerstoffmenge O zu erhöhen, so dass berücksichtigt wird, dass dann, wenn die O/C·S/C-Berechnungsroutine und die Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine (S105) erneut ausgeführt werden, die reformierte Kohlenstoffmenge C erhöht wird, so dass sich die erzeugte Leistungsmenge W erhöht.
  • Wenn andererseits die erzeugte Leistungsmenge W oberhalb des erforderlichen Bereichs der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr liegt (NEIN in S108), verringert der Prozess die Förderung der Kathodenpumpe 52 (S110). Damit verringert sich die Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas Oc, so dass sich die reformierte Sauerstoffmenge O verringert, so dass berücksichtigt wird, dass dann, wenn die O/C·S/C-Berechnungsroutine (S104) und die Brennstoffpumpmengenerhöhungs-/verringerungskorrekturroutine (S105) erneut ausgeführt werden, die reformierte Kohlenstoffmenge C verringert wird, so dass sich die erzeugte Leistungsmenge W verringert.
  • In diesem Fall wird die Förderung der Kathodenpumpe 52 ein wenig Schritt für Schritt erhöht oder verringert, um den Prozess von S104 bis S110 zu wiederholen, bis die erzeugte Leistungsmenge W in den erforderlichen Bereich der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr fällt, bis als Ergebnis von S107 JA abgegeben wird, woraufhin die Leistungserzeugungsmengenabänderungsroutine beendet wird.
  • Auf diese Weise kann auch dann, wenn die erforderliche Leistungserzeugungsmenge Wr geändert wird, so dass diese sich erhöht oder verringert, die Steuervorrichtung 7 die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 ändern, so dass diese eine Änderung der erforderlichen Leistungserzeugungsmenge Wr unter der Bedingung folgen kann, dass O/C und S/C möglichst in einem Sollbereich gehalten werden.
  • Ferner kann in 2 die Steuervorrichtung 7 ein Leistungserzeugungsendsignal empfangen, um die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 3 geeignet zu beenden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der Grad der Erhitzung in dem Heizströmungskanal 22 nur dann geändert, wenn S/C 1 oder weniger ist. Jedoch kann der Grad der Erhitzung in dem Heizströmungskanal 22 sich ebenso gemäß einer Änderung der reformierten Kohlenstoffmenge C geändert werden, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe 51 und diejenige der reformierten Kohlenstoffmenge C geändert werden.
  • Zum Erhöhen der Förderung der Brennstoffpumpe 51 kann nämlich der Grad der Erhitzung in dem Heizströmungskanal 22 erhöht werden, so dass die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 auf einem geeigneten Niveau gehalten werden kann. Zum Erhöhen der Förderung der Brennstoffpumpe 51 kann andererseits der Grad der Erhitzung in dem Heizströmungskanal 22 verringert werden, so dass die Temperatur in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 auf einem geeigneten Niveau gehalten werden kann.
  • Ferner kann, wie in 7 gezeigt ist, in der Anodenauslassgasleitung 45 der Austritt des Anodenströmungskanals 32 in der Brennstoffzelle 3 mit einem Anodenregulator 511 zum Anheben eines Drucks in dem Anodenströmungskanal 32 versehen werden. Wenn die erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 abgefallen ist, kann eine Öffnung des Anodenregulators 511 verringert werden. Damit steigt der Druck in dem Anodenströmungskanal 32 an, so dass eine Leistungserzeugungseffizienz in der Brennstoffzelle 3 ansteigt, um dadurch eine Wiederherstellung der erzeugten Leistungsmenge W noch rascher zu ermöglichen. Wenn die erzeugte Leistungsmenge W somit einmal wiederhergestellt ist, kann die Öffnung des Anodenregulators 511 auf einen Ausgangszustand zurückgestellt werden.
  • Wenn ferner, wie in 7 gezeigt ist, die Kühlmediumspumpe 53 eine Flüssigkeitskühlbauart zum Kühlen der Brennstoffzelle 3 unter Verwendung einer Flüssigkeit ist, kann der Eintritt des Heizströmungskanals 22 mit einer Heizströmungskanalpumpe 54 zum Zuführen von Luft usw. zu dem Heizströmungskanal 22 versehen werden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wurde in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erzeugte Leistungsmenge W in der Brennstoffzelle 3 erfasst, um die reformierte Kohlenstoffmenge unter Verwendung einer reformierten Sauerstoffmenge O zu korrigieren, die auf der Grundlage dieser erzeugten Leistungsmenge W erhalten wird, so dass ein Wert von O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 gleich einem Sollwert sein kann. Es ist somit möglich, die reformierte Kohlenstoffmenge C geeignet zu korrigieren, um dadurch O/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 auf einem geeigneten Wert zu halten. Ferner wird bei dieser Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge C vorsichtig vorgegangen, so dass S/C nicht 1 oder weniger sein kann, um somit zu ermöglichen, S/C ebenso in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 auf einem geeigneten Wert zu halten.
  • Ferner wurde in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nahezu das gesamte Kathodenauslassgas Oc, das von dem Kathodenströmungskanal 33 freigesetzt wird, über die Kathodenauslassgasleitung 46 zu dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 zugeführt. O/C und S/C können jeweils auf einen geeigneten Wert ohne Vorsehen dieser Kathodenauslassgasleitung 46 mit einem Steuerventil usw. zum Steuern der reformierten Sauerstoffmenge O und der reformierten Wassermenge S gehalten werden, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt werden.
  • Daher ist es mit dem Brennstoffzellensystem 1 und dem Verfahren zum Steuern desselben gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, O/C und S/C in dem Reformerreaktionsströmungskanal 21 jeweils auf einem geeigneten Wert unter Verwendung einer reformierten Sauerstoffmenge O zu halten, die durch das Annehmen eines Ist-Leistungserzeugungszustands in der Brennstoffzelle 3 berechnet wird, ohne das Brennstoffzellensystem 1 kompliziert zu machen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, wobei das System Folgendes aufweist: einen Reformer, der mit einem Reformerreaktionsströmungskanal versehen ist, zum Erzeugen eines Wasserstoff enthaltenden Anodengases aus Reformatbrennstoff; eine Brennstoffzelle, die mit einem Anodenströmungskanal, dem der in dem Anodengas enthaltene Wasserstoff durch Zuführen des Anodengases von dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, einem Kathodenströmungskanal, dem ein Sauerstoff enthaltendes Kathodengas zugeführt wird, und einem Elektrolytkörper versehen ist, der zwischen dem Kathodenströmungskanal und dem Anodenströmungskanal angeordnet ist; eine Brennstoffpumpe zum Zuführen des Reformatbrennstroffs zu dem Reformerreaktionsströmungskanal; eine Brennstoffmengenzufuhrerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Brennstoffmenge, die eine Menge des Reformatbrennstoffs anzeigt, der durch die Brennstoffpumpe zugeführt wird; eine Kathodenpumpe zum Zuführen des Kathodengases zu dem Kathodenströmungskanal; eine Kathodengasmengenzufuhrerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Kathodengasmenge, die eine Menge des Kathodengases anzeigt, das durch die Kathodenpumpe zugeführt wird; eine Leistungserzeugungsmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer erzeugten Leistungsmenge in der Brennstoffzelle; und eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Förderung des Reformatbrennstoffs durch die Brennstoffpumpe und einer Förderung des Kathodengases durch die Kathodenpumpe, so dass die erzeugte Leistungsmenge gleich einer angeforderten Erzeugungsleistungsmenge sein kann, die notwendig ist, um eine Last zu betreiben, die die durch die Brennstoffzelle erzeugte Leistung einsetzt, wobei: eine Kathodenauslassgasleitung zum Leiten des Kathodenauslassgases, das von dem Kathodenströmungskanal freigesetzt wird, zu dem Reformerreaktionsströmungskanal mit dem Kathodenströmungskanal verbunden ist; und wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge zum Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C durch Ändern der Förderung der Brennstoffpumpe, so dass O/C, das ein Verhältnis der reformierten Sauerstoffmenge O, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, die eine Menge des Kohlenstoffs anzeigt, der zu dem Reformerreaktionskanal zugeführt wird, in einem Zielbereich gehalten werden kann.
  2. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: einen Berechnungsschritt der reformierten Kohlenstoffmenge zum Erhalten einer reformierten Kohlenstoffmenge C, die eine Menge des Kohlenstoffs anzeigt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der zugeführten Brennstoffmenge; einen Berechnungsschritt der reformierten Sauerstoffmenge zum Erhalten einer verbrauchten Sauerstoffmenge, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der in dem Kathodengas enthalten ist, das verbraucht wird, um in der Brennstoffzelle Leistung zu erzeugen, aus der erzeugten Leistungsmenge und ebenso zum Erhalten einer zugeführten Sauerstoffmenge, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der zu dem Kathodenströmungskanal zugeführt wird, aus der zugeführten Kathodengasmenge und dann zum Erhalten der Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas durch Subtrahieren der verbrauchten Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge und Erhalten einer reformierten Sauerstoffmenge O, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge.
  3. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 2, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: einen Berechnungsschritt der reformierten Wassermenge zum Erhalten einer Menge erzeugten Wassers, die eine Menge des Wassers ist, das in dem Kathodenströmungskanal erzeugt wird, die durch Erzeugung in der Brennstoffzelle erhalten wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge, und zum Erhalten einer reformierten Wassermenge S, die eine Menge des Wassers ist, die zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Menge des erzeugten Wassers; und wobei beim Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C mit einer Änderung einer Förderung der Brennstoffpumpe in dem Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge ebenso S/C, das ein Verhältnis der reformierten Wassermenge S gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Zielbereich gehalten wird.
  4. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: einen Wiederherstellungsschritt für die erzeugte Leistungsmenge zum: Durchführen des Berechnungsschritts der reformierten Kohlenstoffmenge, des Berechnungsschritts der reformierten Sauerstoffmenge, des Berechnungsschritts der reformierten Wassermenge und des Korrekturschritts der reformierten Kohlenstoffmenge, wenn das Brennstoffzellensystem einer Abnormität ausgesetzt ist, so dass die erzeugte Leistungsmenge unter die angeforderte Erzeugungsmenge absinkt, und Erhöhen einer Förderung der Brennstoffpumpe und Erhöhen der reformierten Kohlenstoffmenge C in Abhängigkeit von einer Erhöhung der reformierten Sauerstoffmenge O aufgrund einer Verringerung der erzeugten Leistungsmenge, so dass das vorstehend beschriebene O/C in den Zielbereich fallen kann und die erzeugte Leistungsmenge wiederhergestellt wird, um die angeforderte Erzeugungsmenge zu einzuhalten.
  5. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 4, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Begrenzen einer Erhöhung einer Förderung der Brennstoffpumpe in dem Wiederherstellungsschritt der erzeugten Leistungsmenge aufweist, so dass das vorstehend beschriebene S/C nicht 1 oder weniger sein kann, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe sich erhöht.
  6. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 5, wobei der Reformer mit einem Heizströmungskanal versehen ist, der angrenzend an den Reformerreaktionsströmungskanal ausgebildet ist, um eine Verbrennungsreaktion durchzuführen, so dass dieser Reformerreaktionsströmungskanal geheizt werden kann; und wobei das Verfahren ferner in dem Wiederherstellungsschritt der erzeugten Leistungsmenge einen Schritt zum Unterdrücken der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal aufweist, wenn eine Förderung der Brennstoffpumpe nicht erhöht werden kann, da das vorstehend beschriebene S/C 1 oder weniger sein kann.
  7. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: einen Folgeschritt der erzeugten Leistungsmenge zur erneuten Bestimmung, wenn die angeforderte Erzeugungsleistungsmenge so geändert wird, dass sie ansteigt, zum Erhöhen einer Förderung der Brennstoffpumpe und derjenigen der Kathodenpumpe, andererseits zur erneuten Bestimmung, wenn die angeforderte Erzeugungsleistungsmenge so geändert wird, dass sie sich verringert, zum Verringern einer Förderung der Brennstoffpumpe und derjenigen der Kathodenpumpe, um dadurch zu verursachen, dass die erzeugte Leistungsmenge der angeforderten Erzeugungsmenge folgt; und einen O/C-Korrekturschritt, um nach dem erneuten Durchführen des Berechnungsschritts der reformierten Kohlenstoffmenge, des Berechnungsschritts der reformierten Sauerstoffmenge und des Berechnungsschritts der reformierten Wassermenge, nachdem dieser Folgeschritt der erzeugten Leistungsmenge durchgeführt ist, wenn das vorstehend beschriebene O/C oberhalb des Zielbereichs liegt, die Förderung der Brennstoffpumpe zu erhöhen und die reformierte Kohlenstoffmenge C zu korrigieren, um diese zu erhöhen, so dass dieses O/C in den Zielbereich zurückgeführt werden kann, um andererseits dann, wenn das vorstehend O/C unterhalb des Zielbereichs liegt, die Förderung der Brennstoffpumpe zu verringern und die reformierte Sauerstoffmenge C zu korrigieren, um diese zu verringern, so dass dieses O/C in den Zielbereich zurückgeführt werden kann.
  8. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner in dem O/C-Korrekturschritt einen Schritt zum Begrenzen einer Erhöhung einer Förderung der Brennstoffpumpe aufweist, so dass das vorstehend beschriebene S/C nicht 1 oder weniger sein kann, wenn die Förderung der Brennstoffpumpe sich erhöht.
  9. Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 8, wobei der Reformer mit einem Heizströmungskanal versehen ist, der angrenzend an dem Reformerreaktionsströmungskanal ausgebildet ist, um eine Verbrennungsreaktion durchzuführen, so dass dieser Reformerreaktionsströmungskanal geheizt werden kann; und wobei das Verfahren ferner in dem O/C-Korrekturschritt einen Schritt zum Unterdrücken der Verbrennungsreaktion in dem Heizströmungskanal aufweist, wenn eine Förderung der Brennstoffpumpe nicht erhöht werden kann, da das vorstehend beschriebene S/C 1 oder weniger sein kann.
  10. Brennstoffzellensystem mit: einem Reformer, der mit einem Reformerreaktionsströmungskanal versehen ist, zum Erzeugen eines Wasserstoff enthaltenden Anodengases aus Reformatbrennstoff; einer Brennstoffzelle, die mit einem Anodenströmungskanal, dem der in dem Anodengas enthaltene Wasserstoff durch Zuführen des Anodengases von dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, einem Kathodenströmungskanal, dem ein Sauerstoff enthaltendes Kathodengas zugeführt wird, und einem Elektrolytkörper versehen ist, der zwischen dem Kathodenströmungskanal und dem Anodenströmungskanal angeordnet ist; einer Brennstoffpumpe zum Zuführen des Reformatbrennstoffs zu dem Reformerreaktionsströmungskanal; einer Brennstoffmengenzufuhrerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Brennstoffmenge, die eine Menge des Reformatbrennstoffs anzeigt, der durch die Brennstoffpumpe zugeführt wird; einer Kathodenpumpe zum Zuführen des Kathodengases zu dem Kathodenströmungskanal; einer Kathodengaszufuhrmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer zugeführten Kathodengasmenge, die eine Menge des Kathodengases anzeigt, das durch die Kathodenpumpe zugeführt wird; einer Erzeugungsleistungsmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer erzeugten Leistungsmenge in der Brennstoffzelle; und einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Förderung des Reformatbrennstoffs durch die Brennstoffpumpe und einer Förderung des Kathodengases durch die Kathodenpumpe, so dass die erzeugte Leistungsmenge gleich einer angeforderten Erzeugungsleistungsmenge sein kann, die notwendig ist, um eine Last zu betreiben, die Leistung einsetzt, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird, wobei: eine Kathodenauslassgasleitung zum Leiten des Kathodenauslassgases, das von dem Kathodenströmungskanal freigesetzt wird, zu dem Reformerreaktionsströmungskanal mit dem Kathodenströmungskanal verbunden ist; und wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um Folgendes durchzuführen: einen Berechnungsschritt der reformierten Kohlenstoffmenge zum Erhalten einer reformierten Kohlenstoffmenge C, die eine Menge des Kohlenstoffs anzeigt, der dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der zugeführten Brennstoffmenge; einen Berechnungsschritt der reformierten Sauerstoffmenge zum Erhalten einer verbrauchten Sauerstoffmenge, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der in dem Kathodengas enthalten ist, das verbraucht wird, um Leistung in der Brennstoffzelle zu erzeugen, aus der erzeugten Leistungsmenge und ebenso zum Erhalten einer zugeführten Sauerstoffmenge, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der zu dem Kathodenströmungskanal zugeführt wird, aus der zugeführten Kathodengasmenge und dann zum Erhalten der Restsauerstoffmenge in dem Kathodenauslassgas durch Subtrahieren der verbrauchten Sauerstoffmenge von der zugeführten Sauerstoffmenge und Erhalten einer reformierten Sauerstoffmenge O, die eine Menge des Sauerstoffs anzeigt, der zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Restsauerstoffmenge; und einen Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge zur Korrektur der reformierten Kohlenstoffmenge C durch Ändern der Förderung der Brennstoffpumpe, so dass O/C, das ein Verhältnis der reformierten Sauerstoffmenge O gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Zielbereich gehalten werden kann.
  11. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um: ebenso einen Berechnungsschritt einer reformierten Wassermenge zum Erhalten einer Menge erzeugten Wassers durchzuführen, die eine Menge des Wassers ist, das in dem Kathodenströmungskanal erzeugt wird, das durch Erzeugung in der Brennstoffzelle erhalten wird, auf der Grundlage der erzeugten Leistungsmenge, und zum Erhalten einer reformierten Wassermenge S, die eine Menge des Wassers ist, das zu dem Reformerreaktionsströmungskanal zugeführt wird, auf der Grundlage der Menge des erzeugten Wassers; und beim Korrigieren der reformierten Kohlenstoffmenge C mit einer Änderung der Förderung der Brennstoffpumpe in dem Korrekturschritt der reformierten Kohlenstoffmenge ebenso S/C, das ein Verhältnis der reformierten Wassermenge S gegenüber der reformierten Kohlenstoffmenge C ist, in einem Zielbereich zu halten.
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