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ANWENDUNGSGEBIET
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren
zum Starten und Aufwärmen
des Brennstoffzellensystems.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Nr. Tokkai 2001-143736, die vom japanischen Patentamt in 2001 veröffentlicht
wurde, offenbart ein Verfahren, das ein Brennstoffzellensystem vor
dem Gefrieren schützt,
auch wenn eine Außentemperatur
unter dem Gefrierpunkt liegt. In diesem Verfahren wird die Temperatur
der Brennstoffzelle überwacht
und die Brennstoffzelle auf einer Temperatur gehalten, die größer als
der Gefrierpunkt ist, bis die Startvorgänge für das Brennstoffzellensystem
begonnen werden.
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Die
Nr. Tokkai Hei 08-273689, die durch das japanische Patentamt 1996
veröffentlicht
wurde, offenbart ein Verfahren, dass das Gefrieren beim im Brennstoffzellensystem
verwendeten Reinwasser zulässt.
Jedoch wird das Reinwasser vor dem Gefrieren in einem bestimmten
Tank gespeichert und geschmolzen, wenn die Startvorgänge für das Brennstoffzellensystem
begonnen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Verfahren des Stands der Technik, das in der Tokkai 2001-143736
offenbart wurde, hält
die Temperaturzustände
der Brennstoffzelle aufrecht, auch nachdem das Brennstoffzellensystem
abgeschaltet wurde. Folglich erfordert dieses Verfahren einen hohen
Energiebetrag bzgl. der Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur
beizubehalten.
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Wenn
sich Eis im Wassertank befindet, so dass eine Schmelztemperatur
erforderlich wird, wird eine Zeitdauer benötigt, um das Brennstoffzellensystem
zu starten, wie es in der Tokkai Hei 08-273689 offenbart wurde.
Wenn das Brennstoffzellensystem für eine kurze Zeitdauer abgeschaltet
worden ist, ist es manchmal vorzuziehen, die Temperatur des Brennstoffzellensystems
größer als
den Gefrierpunkt zu halten, um das Wasser im Brennstoffzellensystem vor
dem Gefrieren zu schützen.
Ein Beispiel dieser Situation würde
eintreten, wenn die für
das Schmelzen des Eises beim Start erforderliche Energie größer als
die Energie ist, die benötigt
wird, um die Temperatur beizubehalten.
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Es
ist daher ein Ziel dieser Erfindung, die Energie zu reduzieren,
die vom Abschalten eines Brennstoffzellensystems bis zum Starten
des Brennstoffzellensystems an einem kalten Ort verbraucht wird,
wobei sich eine Möglichkeit
ergibt, dass das Brennstoffzellensystem bei einer Temperatur unter dem
Gefrierpunkt des Wassers gehalten wird.
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, schafft diese Erfindung ein Brennstoffzellensystem,
das folgendes aufweist: eine Brennstoffzelle, die als Energiequelle
wirkt; ein Heizgerät
zum Aufheizen des Wassers im Brennstoffzellensystem; eine Benutzerschnittstelle,
die einem Benutzer ermöglicht,
Datum und Uhrzeit eines geplanten Starts einem Steuergerät zuzuweisen;
und ein Steuergerät
zum Steuern/Regeln des Betriebs des Heizgerätes und der Start- und Abschaltvorgänge des
Brennstoffzellensystems. Das Steuergerät weist ein historisches Außentemperaturdatum
für eine
Zeitdauer vor dem Abschalten des Brennstoffzellensystems auf.
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Ferner
fungiert das Steuergerät,
um die Temperatur für
die Energieaufrechterhaltung zu berechnen, wobei die Temperatur
für die
Energieaufrechterhaltung die Energie ist, die durch das Heizgerät verbraucht
wird, um das Wasser im Brennstoffzellensystem auf einer ersten vorbestimmten
Temperatur in einer Zeitspanne nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems
bis zum vom Datum und Uhrzeit geplanten Start beizubehalten; eine
Außentemperatur für vom Datum
und Uhrzeit geplanten Start auf der Basis des historischen Außentemperaturdatums
vorauszusagen; die Startenergie zum Auftauen zu berechnen, wobei
die Startenergie zum Auftauen die Energie ist, die durch das Heizgerät verbraucht
wird, um das Wasser im Brennstoffzellensystem auf eine zweite vorbestimmte
Temperatur aufzuheizen, wenn das Brennstoffzellensystem der Starttätigkeit
unterzogen wird, wobei die Berechnung auf der Basis der vorausgesagten
Außentemperatur
für den
von Datum und Uhrzeit geplanten Start ausgeführt wird; die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
und die Startenergie zum Auftauen zu vergleichen; und das Heizgerät zu steuern,
um das Wasser im Brennstoffzellensystem auf die erste vorbestimmte
Temperatur in einer Periode nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems
bis zum vom Datum und Uhrzeit geplanten Start beizubehalten, wenn
die Temperaturaufrechterhaltungsenergie kleiner oder gleich der Startenergie
zum Auftauen ist, und um das Heizgerät zu steuern, um das Wasser
im Brennstoffzellensystem auf die zweite vorbestimmte Temperatur
aufzuheizen, wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird, wenn
die Temperaturaufrechterhaltungsenergie größer als die Startenergie zum
Auftauen ist.
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Sowohl
Einzelheiten als auch Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind
in der Restausführung dargelegt
und anhand der beigefügten
Zeichnung dargestellt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm einer Steuerroutine gemäß einer ersten Ausführungsform.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine gemäß der zweiten Ausführungsform
darstellt.
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5 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine gemäß der dritten Ausführungsform
darstellt.
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7 ist
eine Abbildung, die das Verhältnis zwischen
der Startenergie zum Auftauen und der abgelaufenen Zeit nach dem
Abschalten des Brennstoffzellensystems darstellt.
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8 ist
eine Abbildung, die das Verhältnis zwischen
der Energie pro Zeiteinheit für
die Aufrechterhaltungstemperatur und der Außentemperatur darstellt.
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9 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
vierten Ausführungsform.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
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12 ist
eine Abbildung, die das Verhältnis vom
Energieverbrauch zur abgelaufenen Zeit nach dem Abschalten eines
Brennstoffzellensystems gemäß einer
sechsten Ausführungsform
darstellt.
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine gemäß der sechsten Ausführungsform darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems, die
sich auf diese Anwendung bezieht. Eine Brennstoffzelle 1 ist
eine polymere Elektrolyt-Brennstoffzelle
und führt
Energieerzeugungstätigkeiten
unter Verwendung von elektrochemischen Reaktionen aus. Der Wasserstoff
wird als Brennstoff einer Anode 1a von einer Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a zugeführt. Die
Luft wird als Oxidationsmittel von einem Kompressor 2b einer
Katode 1b zugeführt.
Das Brennstoffzellensystem ist mit einer Kühlvorrichtung 30 versehen,
um die Brennstoffzelle 1 zu kühlen, die Temperaturerhöhungen ausgesetzt
ist, die sich aus den Energieerzeugungstätigkeiten ergeben. Die Kühlvorrichtung 30 weist
eine Kühlschicht 1c in
der Brennstoffzelle 1, einen Reinwassertank 3,
eine Pumpe 4, einen Wärmeaustauscher 6 und
eine Kühlwasserleitung 35 auf.
Das Reinwasser wird als Kühlmittel
der Kühlschicht 1c durch
die Kühlwasserleitung 35 durch
die Pumpe 4 zugeführt.
Das Reinwasser wird in einem Reinwassertank 3 gespeichert.
Die Temperatur des Reinwassers erhöht sich infolge der absorbierten
Wärme von
der Brennstoffzelle 1 in der Kühlschicht 1c. Das
Wasser wird danach zum Wärmeaustauscher 6 überführt. Ein
langlebiges Kühlmittel
(LLC) fließt
zwischen dem Wärmeaustauscher 6 und
dem Radiator 7 infolge der Wirkung der Pumpe 8.
Das LLC strahlt Wärme über den Radiator 7 ab
und ist dem Wärmeaustausch
im Wärmeaustauscher 6 ausgesetzt.
Danach wird das Reinwasser, das im Wärmeaustauscher 6 abgekühlt worden
ist, im Reinwassertank 3 gespeichert. Umgekehrt strahlt
das LLC, das die Wärme
vom Reinwasser im Wärmeaustauscher 6 absorbiert
hat, diese Hitze vom Radiator 7 ab.
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Das
Brennstoffzellensystem wird mit einem Wärmeschutzelement 9 zum
Abdecken der Brennstoffzelle 1, der Kühlvorrichtung 30,
einem ersten Heizgerät 10 und
einem zweiten Heizgerät 11,
die im Wärmeschutzelement 9 vorgesehen
sind, geschaffen. Das Wärmeschutzelement 9 kann
ein Gehäuse zum
Einschließen
der Brennstoffzelle 1, der Kühlvorrichtung 30,
einem ersten Heizgerät 10 und
einem zweiten Heizgerät 11 sein.
Das erste Heizgerät 10 wird
zum Aufrechterhalten der Wassertemperatur im Brennstoffzellensystem
bei einer Temperatur größer als
der Gefrierpunkt verwendet. Auf diese Weise wird das Reinwasser
im Brennstoffzellensystem vor dem Gefrieren geschützt. Ein
zweites Heizgerät 11 wird ferner
in Kontakt mit dem Reinwassertank 3 geschaffen, um das
Wasser im Reinwassertank 3 zu schmelzen, wenn das Reinwasser
im Reinwassertank 3 gefroren ist. Das erste und zweite
Heizgerät 10, 11 sind Brennkammern
zum Verbrennen von Brennstoff, das von der Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a zugeführt wird,
um Wärme
zu erzeugen. Der Brennstoff von der Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a wird
dem ersten und zweiten Heizgerät 10, 11 durch
eine Versorgungsleitung (nicht dargestellt) zugeführt. Die
Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a kann einen Brennstofftank
zum Speichern von Brennstoff aufweisen.
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Die
ersten und zweiten Heizgeräte 10, 11 sind
nicht auf Brennkammern beschränkt
und können
elektrische Heizgeräte
sein. Wenn der Ausstoß des
zweiten Heizgerätes 11 groß ist, kann
das zweite Heizgerät 11 anstatt
des ersten Heizgerätes 10 verwendet
werden, um das Reinwasser im Brennstoffzellensystem vor dem Gefrieren
zu schützen.
Wenn der Ausstoß des
ersten Heizgeräts 10 groß ist, kann das
erste Heizgerät 10 anstatt
des zweiten Heizgerätes 11 verwendet
werden, um das gefrorene Wasser im Reinwassertank 3 zu
schmelzen.
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Das
Brennstoffzellensystem wird mit einem Steuergerät 100 geschaffen,
das den Betrieb des Brennstoffzellensystems steuert. Das Steuergerät 100 weist
einen Mikrocomputer, der mit einer Zentraleinheit (CPU) zum Ausführen der
Programme versehen ist, einen Festwertspeicher (ROM) zum Speichern
von Daten oder Programmen, einen Arbeitsspeicher (RAM) zum vorübergehenden
Speichern von abgerufenen Daten und Berechnungsergebnissen von der
CPU und ein Eingangs-/Ausgangs-Interface
(I/O-Interface) auf. Das Steuergerät 100 kann mehrere
Mikrocomputer aufweisen. Der ROM speichert Programme, die Steuerroutinen
zum Steuern des Brennstoffzellensystems aufweisen. Das Steuergerät 100 steuert
den Betrieb der ersten und zweiten Heizgeräte 10, 11 auf
der Basis der Erfassungswerte des Temperatursensors 12,
der die Außentemperatur erfasst,
welches die Lufttemperatur außerhalb
des Wärmeschutzelementes 9 oder
des Brennstoffzellensystems ist. Der Temperatursensor 12 wird
an der Außenseite
des Wärmeschutzelementes 9 positioniert.
Die ersten und zweiten Heizgeräte 10, 11,
der Temperatursensor 12, die Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a und
der Kompressor 2b werden elektronisch mit dem Steuergerät 100 verbunden
und gehen auf die Befehlssignale vom Steuergerät 100 ein. Der Temperatursensor 12 übermittelt
ein die Außentemperatur
anzeigendes Signal zum Steuergerät 100.
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Das
Steuergerät 100 bestimmt
einen Stopp-Modus, wenn das Brennstoffzellensystem abgeschaltet
wird. Genauer gesagt, weist der Stopp-Modus einen Start-Modus zum
Auftauen und einen Temperaturaufrechterhaltungs-Modus auf und wird
auf der Basis des Energieverbrauchs im Brennstoffzellensystem vom
Abschalten bis zum Starten ausgewählt. Der Start-Modus zum Auftauen
ist ein Modus, bei dem gefrorenes Wasser (Eis) beim Starten des
Brennstoffzellensystems geschmolzen wird. Der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus
ist ein Modus, bei dem das Brennstoffzellensystem bei einer Temperatur
größer als
der Gefrierpunkt aufrechterhalten wird, auch nach einem Abschalten
des Brennstoffzellensystems.
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Das
Steuergerät 100 wird
mit einer Verarbeitungseinheit, wie in 1 dargestellt,
geschaffen. Die Verarbeitungseinheit weist eine Start-Datum-Uhrzeit-Eingabeeinheit 101 zum
Speichern von Datum und Uhrzeit (Datum-Uhrzeit) eines geplanten Starts, eine
Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 zum
Herstellen und Speichern von historischen Außentemperaturdaten, eine Berechnungseinheit 103 für die Startenergie
zum Auftauen für
das Berechnen der Startenergie Ea zum Auftauen, eine Berechnungseinheit 104 für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
zum Berechnen der Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb, und eine
Stopp-Modus-Bestimmungseinheit 105 zum
Auswählen
des Stopp-Modus auf. Diese Einheiten sind virtuelle Einheiten, die über die
Funktionen der CPU, ROM, RAM und dem I/O-Interface des Steuergeräts 100 geschaffen
werden. Wenn das Steuergerät 100 eine Mehrzahl
von Mikrocomputern aufweist, können
diese Einheiten jeweils einen Mikrocomputer aufweisen.
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Die
Temperaturaufrechterhaltungsenergie ist die Energie, die zum Aufrechterhalten
der Temperatur des Wassers im Brennstoffzellensystem auf einer ersten
vorbestimmten Temperatur, die größer als
der Gefrierpunkt ist, erforderlich ist, während das Brennstoffzellensystem
abgeschaltet ist. Die Startenergie Ea zum Auftauen ist die Energie,
die zum Schmelzen des gefrorenen Wassers im Brennstoffzellensystem erforderlich
ist, und die danach das geschmolzene Wasser auf eine zweite vorbestimmte
Temperatur aufheizt, wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird.
Die ersten und zweiten vorbestimmten Temperaturen sind jeweils größer als
der Gefrierpunkt des Wassers und kleiner als ein Betriebstemperaturbereich
der Brennstoffzelle. Es ist vorteilhaft, das die erste und zweite
vorbestimmte Temperatur etwas größer als
der Gefrierpunkt des Wassers ist.
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Die
Start-Datum-Uhrzeit-Eingabeeinheit 101 kann aus der CPU,
I/O-Interface und einem Programm-Modul, das durch die CPU betrieben
wird, gebildet werden. Die Start-Datum-Uhrzeit-Eingabeeinheit 101 ruft Daten
für einen
von Datum und Uhrzeit geplanten Start durch das I/O-Interface ab,
wenn ein Benutzer der Brennstoffzelle Daten bezüglich eines von Datum und Uhrzeit
geplanten Starts über
eine Benutzerschnittstelle 21 eingibt. Die Benutzerschnittstelle 21 ist
mit dem Steuergerät 100 elektrisch
verbunden und ermöglicht
einem Benutzer, dem Steuergerät 100 einen
von Datum und Uhrzeit geplanten Start zu befehlen.
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Die
Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 erfasst
die Außentemperatur
vom Temperatursensor 12 unter Verwendung des I/O-Interfaces
und speichert die Ergebnisse im RAM. Die Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 kann
aus der CPU, RAM, I/O-Interface und einem durch die CPU betriebenen
Programm gebildet werden. Die Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 erfasst
die Außentemperatur
in regelmäßigen Zeitintervallen
(z. B. jede Stunde) über
den Temperatursensor 12. Die Temperaturerfassungstätigkeiten
werden in den 24 Stunden vor dem Abschalten des Brennstoffzellensystems oder
am Tag, bevor das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, ausgeführt. Die
Einstellungen der erfassten Außentemperatur
und Datum-Uhrzeit der Erfassung werden im RAM als historische Außentemperaturdaten
gespeichert. Die Berechnungseinheit 103 für die Startenergie
zum Auftauen, die Berechnungseinheit 104 für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
und die Stopp-Modus-Bestimmungseinheit 105 können jeweils
aus der CPU und einem durch die CPU betriebenen Programm-Modul gebildet
werden.
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Wenn
sich das Brennstoffzellensystem im Normalbetrieb außerhalb
der Start- und Abschaltvorgänge
befindet, werden der Brennstoffzelle 1 Brennstoff und Luft
zugeführt
und die Brennstoffzelle 1 führt die Energieerzeugungstätigkeiten
aus. Die erzeugte Energie wird einem Motor zum Antreiben von z.
B. einem Fahrzeug zugeführt.
Die Temperatur der Brennstoffzelle 1 erhöht sich
infolge der Energieerzeugungstätigkeiten.
Jedoch wird die Brennstoffzelle 1 durch das Reinwasser
abgekühlt
und in einem Betriebstemperaturbereich aufrechterhalten, indem eine
Nennleistung der Brennstoffzelle erreicht wird. Das Reinwasser,
das infolge des Absorbierens der Wärme von der Brennstoffzelle 1 aufgeheizt
wird, wird durch das LLC am Wärmeaustauscher 6 abgekühlt und
zum Reinwassertank 3 zurückgeführt.
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Wenn
ein Benutzer dem Steuergerät 100 befiehlt,
das Brennstoffzellensystem über
die Benutzerschnittstelle 21 abzuschalten, wird die Zufuhr
von Luft und Brennstoff zur Brennstoffzelle 1 gestoppt und
die Energieerzeugungstätigkeiten
durch die Brennstoffzelle beendet. Die Pumpen 4, 8 werden
zu diesem Zeitpunkt stromlos geschaltet und der Betrieb der Kühlvorrichtung 30 abgeschaltet.
Wenn ein Benutzer dem Steuergerät 100 befiehlt,
den Betrieb des Brennstoffzellensystems über die Benutzerschnittstelle 21 zu
starten, beginnt das Brennstoffzellensystem die Startvorgänge. Während der
Startvorgänge wird
das Wasser in der Kühlvorrichtung 30 im Start-Modus
zum Auftauen geschmolzen. Nachdem die Startvorgänge des Brennstoffzellensystems
beendet sind, werden die Pumpen 4, 8 eingeschaltet und
der Betrieb der Kühlvorrichtung 30 gestartet. Folglich
werden die Energieerzeugungstätigkeiten durch
die Brennstoffzelle durch eine Luft- und Brennstoffzufuhr zur Brennstoffzelle 1 begonnen.
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Die
Steuerroutine, die durch das Steuergerät 100 während der
Abschaltvorgänge
für das
Brennstoffzellensystem ausgeführt
wird, wird gemäß des Ablaufdiagramms
in 2 beschrieben. Die Steuerroutine wird durch die
CPU unter Verwendung eines im ROM gespeicherten Programms ausgeführt.
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Zuerst
wird im Schritt S10 der von Datum und Uhrzeit geplante Start für das Brennstoffzellensystem
gelesen. Der von Datum und Uhrzeit geplante Start wird durch einen
Benutzer unter Verwendung der Benutzerschnittstelle 21 eingegeben.
Wenn kein von Datum und Uhrzeit geplanter Start eingegeben worden
ist, wird der von Datum und Uhrzeit geplante Start gelesen, nachdem
der von Datum und Uhrzeit geplante Start eingegeben wurde. Die Start-Datum-Uhrzeit-Eingabeeinheit 101 führt den
Schritt S10 aus. Im Schritt S20 werden die historischen Außentemperaturdaten,
die durch die Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 gespeichert
werden, eingelesen. Die in den Schritten S10 und S20 eingelesenen
Daten werden in die Berechnungseinheit 103 für die Startenergie
zum Auftauen und in die Berechnungseinheit 104 für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
eingegeben. Im Schritt S30 wird die Startenergie zum Auftauen berechnet.
Die Startenergie zum Auftauen entspricht der Energie, die durch das
Heizgerät
während
des Ausführens
der Auftautätigkeiten
während
des Starts bezüglich
der Feuchtigkeit, die gefroren war, nachdem das Brennstoffzellensystem
abgeschaltet wurde, verbraucht wird. Es ist möglich, die Startenergie zum
Auftauen unter Verwendung von z. B. einer Abbildung, wie sie in 7 dargestellt
ist, auf der Basis von erwarteten Außentemperaturen für die geplante
Startzeit zu berechnen. Die Außentemperatur
für die
geplante Startzeit kann aus historischen Außentemperaturdaten durch Durchsuchen
der historischen Außentemperatur
für eine
Tageszeit, die nahe der geplanten Startzeit liegt, vorhergesagt
werden.
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Wenn
Abschalt-Datum und -Uhrzeit des Systems der 22. März, 0:00
Uhr, ist, können
die historischen Außentemperaturdaten
z. B. wie folgt lauten:
(März
21., 0:00, –1°C) (März 21.,
1:00, –1°C) (März 21.,
2:00, –2°C)
(März 21.,
3:00, –3°C) (März 21.,
4:00, –3°C) (März 21.,
5:00, –4°C)
(März 21.,
6:00, –5°C) (März 21.,
7:00, –4°C) (März 21.,
8:00, –2°C)
(März 21.,
9:00, –0°C) (März 21.,
10:00, 2°C)
(März 21.,
11:00, 4°C)
(März 21.,
12:00, 7°C)
(März 21.,
13:00, 10°C)
(März 21.,
14:00, 13°C)
(März 21.,
15:00, 13°C)
(März 21.,
16:00, 11°C) (März 21.,
17:00, 9°C)
(März 21.,
18:00, 7°C)
(März 21.,
19:00, 5°C)
(März 21.,
20:00, 4°C)
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(März 21.,
21:00, 3°C)
(März 21.,
22:00, 2°C) (März 21.,
23:00, 0°C)
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Wenn
Datum und Uhrzeit des geplanten Starts der 22. März, 8:15 ist, wird die Startenergie zum
Auftauen auf der Basis der Außentemperatur
für den
21. März,
8:00 (die –2°C ist), berechnet.
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Im
Schritt S40 wird die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb berechnet.
Die Temperaturaufrechterhaltungsenergie ist die Energie, die durch
das Heizgerät
nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems verbraucht wird,
um das Brennstoffzellensystem auf einer ersten vorbestimmten Temperatur
zu halten, bei der die Feuchtigkeit oder das Wasser im Brennstoffzellensystem
nicht gefriert. Die Außentemperatur
wird zu festgelegten Zeitintervallen vom Abschalten bis zum Starten
des Systems durch Bezug der obigen historischen Außentemperaturdaten
vorhergesagt. Mit anderen Worten wird die Veränderung der Außentemperatur über eine
Zeitdauer vom Abschalten bis zum Starten des Systems bezüglich der
historischen Außentemperaturdaten
vorhergesagt. Anschließend
wird die Energie, die zum Aufrechterhalten der Temperatur pro Zeiteinheit
erforderlich ist, unter Verwendung von z. B. einer Abbildung, die
in 8 dargestellt ist, auf der Basis der vorhergesagten
Außentemperatur
berechnet. Die Temperaturaufrechterhaltungsenergie, die zum Aufrechterhalten
der Temperatur vom Abschalt-Datum und -Uhrzeit bis zum geplanten
Start-Datum und -Uhrzeit erforderlich ist, wird als Summe aus der
erforderlichen Energie pro Zeiteinheit, nachdem das System abgeschaltet
ist, bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start oder durch Integrieren über die
Zeitdauer der erforderlichen Energie pro Zeiteinheit vom Abschalt-Datum
und -Uhrzeit bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start berechnet.
Daher wird die Temperaturaufrechterhaltungsenergie auf der Basis
von historischen Außentemperaturdaten einschl.
der Außentemperaturdaten
von vorhergehendem Datum-Uhrzeit, bevor das System abgeschaltet
wird, vorhergesagt und berechnet. Die historischen Außentemperaturdaten
können
Temperaturen an dem Tag, bei dem das System abgeschaltet ist, oder
am Tag, bevor das System abgeschaltet wurde, einschließen. Somit
kann die Temperaturaufrechterhaltungsenergie genauer berechnet werden, wenn
die abgelaufene Zeit zwischen dem Abschalten des Systems und dem
Wiederstarten des Systems klein ist, z. B. wenn sie innerhalb von
24 Stunden liegt.
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Im
Schritt S50 werden die Startenergie zum Auftauen und die Temperaturaufrechterhaltungsenergie,
die im Schritt S30 und S40 berechnet wurden, verglichen. Wenn die
Startenergie Ea zum Auftauen kleiner als die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb
ist, geht die Routine zum Schritt S60 über, wo der Start-Modus zum
Auftauen ausgewählt
wird. Wenn die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb kleiner als
die Startenergie Ea zum Auftauen ist, geht die Routine zum Schritt
S70 über,
wo der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus ausgewählt wird.
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Im
Startmodus zum Auftauen steuert das Steuergerät 100 das zweite Heizgerät 11 während der
Startvorgänge
für das
Brennstoffzellensystem, um somit das gefrorene Wasser im Reinwassertank 3 aufzutauen
und das geschmolzene Wasser auf die zweite vorbestimmte Temperatur
aufzuheizen. Jedoch wird das erste Heizgerät 10 und das zweite Heizgerät 11 im
Startmodus zum Auftauen nicht in einer Periode nach dem Abschalten
des Brennstoffzellensystems bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten
Start betrieben. Im Temperaturaufrechterhaltungs-Modus betreibt
das Steuergerät 100 das
erste Heizgerät 10,
auch wenn das System abgeschaltet ist, um somit die Temperatur des
Systems aufrecht zu erhalten. Das Steuergerät 100 steuert das
erste Heizgerät 10,
um das Wasser im Brennstoffzellensystem auf eine erste vorbestimmte
Temperatur, die größer als
der Gefrierpunkt ist, in einer Periode nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems
bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start aufrecht zu erhalten.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
umfasst die Berechnungseinheit 103 für die Startenergie zum Auftauen
ein Programm-Modul gemäß Schritt
S30. Die Berechnungseinheit 104 für die Startenergie zum Auftauen
umfasst ein Programm-Modul gemäß Schritt
S40. Die Stopp-Modus-Bestimmungseinheit 105 umfasst ein
Programm-Modul gemäß Schritt S50.
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Das
Steuergerät 100 kann
die obige Steuerroutine nur ausführen,
wenn die Außentemperatur, nachdem
das Brennstoffzellensystem abgeschaltet ist, bis zu einem von Datum
und Uhrzeit geplanten Start vorhergesagt wird, um kleiner als der
Gefrierpunkt zu sein, oder nur dann, wenn die durch den Temperatursensor 12 erfasste
Außentemperatur
kleiner als der Gefrierpunkt beim Abschalten des Brennstoffzellensystems
war.
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In
der ersten Ausführungsform
werden die Temperaturaufrechterhaltungsenergie und die Startenergie
zum Auftauen auf der Basis von historischen Außentemperaturdaten, die erstellt
wurden, bevor das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wurde, berechnet.
Danach ist es möglich,
den Stopp-Modus mit einem niedrigen Energieverbrauch auszuwählen. Folglich
kann der Energieverbrauch des Brennstoffzellensystems reduziert
werden.
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3 stellt
ein Brennstoffzellensystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dar. Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich strukturell dadurch, dass der Temperatursensor 12 aus
der ersten Ausführungsform
weggelassen wird. Außerdem
sind die historischen Außentemperaturdaten,
die durch die Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 gespeichert
werden, unterschiedlich. D. h., die Außentemperaturdaten-Speichereinheit 102 umfasst
den ROM und mindestens ein Jahr von historischen Außentemperaturdaten,
die im ROM gespeichert sind.
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Die
durch das Steuergerät 100 ausgeführte Steuerroutine
gemäß der zweiten
Ausführungsform wird
gemäß des Ablaufdiagramms
in 4 beschrieben.
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Anstatt
des Schrittes S20, dargestellt in 2, die die
Steuerroutine gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt, wird ein Schritt S80 im Ablaufdiagramm vorgesehen. Im
Schritt S80 werden die vorab gespeicherten historischen Außentemperaturdaten
eingelesen. Dieses historische Außentemperaturdatum ist zumindest
für den
Platz vorgesehen, an dem das Brennstoffzellensystem zu verwenden
ist, und wird im ROM gespeichert, wenn das System hergestellt wird.
Mindestens ein Jahr von Außentemperaturdaten
werden als historische Außentemperaturdaten
gespeichert. Wenn eine Mehrzahl von Jahren von historischen Außentemperaturdaten
gespeichert ist, existieren eine Mehrzahl von Außentemperaturdaten für Datum
und Uhrzeit gemäß eines
von Datum und Uhrzeit geplanten Starts. In diesem Fall kann eine
durchschnittliche Außentemperatur
auf der Basis der Mehrzahl von Jahren von historischen Außentemperaturdaten
als das relevante Datum eingelesen werden. Die Startenergie zum
Auftauen wird im Schritt S30 auf der Basis der historischen Außentemperaturdaten
für Datum
und Uhrzeit entsprechend des von Datum und Uhrzeit geplanten Starts
berechnet. Die Temperaturaufrechterhaltungsenergie wird ebenfalls.
auf der Basis von historischen Außentemperaturdaten für Datum
und Uhrzeit einschl. einer Periode gemäß der Periode vom Abschalt-Datum und -Uhrzeit
bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start berechnet. Wenn z.
B. die historischen Außentemperaturdaten
die Daten von Datum und Uhrzeit vom 1. Januar 2000 bis zum 31. Dezember
2000 umfassen, und wenn die Zeitdauer vom Abschalt-Datum und -Uhrzeit
bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start vom 1. Mai 2004, 0:00,
bis zum 10. Mai 2004, 9:00, reicht, dann wird die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
auf der Basis der historischen Außentemperaturdaten vom 1. Mai
2000, 0:00, bis zum 10. Mai 2000, 9:00, berechnet.
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Wenn
das Bremsstoffzellensystem gemäß der zweiten
Ausführungsform
für eine
lange Zeitdauer abgeschaltet wird, z. B., wenn die Zeitdauer eine Woche überschreitet,
werden die Temperaturaufrechterhaltungsenergie und die Startenergie
zum Auftauen auf der Basis von mindestens einem Jahr von historischen
Außentemperaturdaten
berechnet. Auf diese Weise ist es möglich, den Stopp-Modus mit niedrigem
Energieverbrauch auszuwählen,
ohne einen Temperatursensor zu schaffen, um die Außentemperatur
zu erfassen.
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5 stellt
ein Brennstoffzellensystem gemäß der dritten
Ausführungsform
dar. Diese Ausführungsform
ist mit der ersten Ausführungsform
strukturell identisch, jedoch unterscheidet sie sich bezüglich des
Aufbaus des Steuergeräts 100.
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Diese
Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die
Berechnungseinheit 103 für die Startenergie zum Auftauen
eines Startenergie-Kennfeldes 107 zum Auftauen aufweist,
dass die Startenergie zum Auftauen in Form eines Kennfeldes vorab
speichert. Außerdem
wird eine Berechnungseinheit 104 für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
mit einem Kennfeld 108 für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
geschaffen, dass die Temperaturaufrechterhaltungsenergie pro Zeiteinheit
in Form eines Kennfeldes vorab speichert. Diese Kennfelder sind
jeweils in einem ROM gespeichert.
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Die
durch das Steuergerät 100 ausgeführte Steuerroutine
gemäß der dritten
Ausführungsform wird
bezüglich
des in 6 dargestellten Ablaufdiagramms beschrieben.
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Der
Unterschied zum Ablaufdiagramm in 2, das die
Steuerroutine gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt, ist der, dass die Schritte S90 und S100 anstatt der Schritte
S30, S40 vorgesehen werden. Das Leseverfahren der Außentemperaturdaten
im Schritt S20 ist nicht auf das in der ersten Ausführungsform
beschriebene Verfahren beschränkt, und
somit kann das Verfahren im Schritt S80 in der zweiten Ausführungsform
ebenfalls verwendet werden.
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Im
Schritt S90 wird die Startenergie zum Auftauen auf der Basis der
Abschaltperiode des Brennstoffzellensystems durch Nachschlagen im
Kennfeld, das in 7 dargestellt ist, und durch
Verwenden einer vorhergesagten Außentemperatur für den von Datum
und Uhrzeit geplanten Start, die von den historischen Außentemperaturdaten
erhalten wird, berechnet. Die Abschaltperiode ist eine Periode vom Abschaltdatum
und -uhrzeit bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start des Brennstoffzellensystems. Im
Schritt S100 wird die Temperaturaufrechterhaltungsenergie durch
Nachschlagen im Kennfeld, das in 8 dargestellt
ist, und den historischen Außentemperaturdaten
berechnet.
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Das
in 7 dargestellte Kennfeld stellt das Verhältnis zwischen
der Startenergie zum Auftauen und der Abschaltperiode des Brennstoffzellensystems
dar. Die in 7 dargestellte Startenergie
zum Auftauen bleibt konstant, nachdem eine vorbestimmte Periode
vom Abschalten des Systems abgelaufen ist. Das in 8 dargestellte
Kennfeld stellt das Verhältnis
zwischen der Temperaturaufrechterhaltungsenergie pro Zeiteinheit
(z. B. 1 Std.) und der Außentemperatur
dar. Die Temperaturaufrechterhaltungsenergie pro Zeiteinheit nimmt
ab, während
die Außentemperatur
zunimmt.
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Weil
somit ein Kennfeld, das die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
und die Startenergie zum Auftauen vorab speichert, in der dritten
Ausführungsform
verwendet wird, kann die Startenergie zum Auftauen und die Temperaturaufrechterhaltungsenergie genau
berechnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Stopp-Modus mit
dem niedrigeren Energieverbrauch auszuwählen und die Berechnungsbelastung
auf das Steuergerät
unter Verwendung des Kennfeldes zu reduzieren.
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9 stellt
ein Brennstoffzellensystem gemäß der vierten
Ausführungsform
dar. 10 stellt ein Ablaufdiagramm gemäß der vierten
Ausführungsform
dar. Der in 9 dargestellte mechanische Aufbau
ist ähnlich
dem, der in der ersten und zweiten Ausführungsform dargestellt ist.
Jedoch wird das Steuergerät 100 ferner
mit einer tatsächlichen Temperaturaufrechterhaltungsenergie-Speichereinheit 109 versehen,
die die Temperaturaufrechterhaltungsenergie durch Ermitteln des
Brennstoffzufuhrbetrages von der Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a berechnet.
Ferner wird die Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a mit einem
Sensor 23 zum Erfassen des zugeführten Brennstoffbetrages (Brennstoffverbrauchsbetrag) zu
den ersten und zweiten Heizgeräten 10, 11 versehen.
Der Sensor 23 kann die Veränderung in der Brennstoffmenge
des Brennstofftanks ermitteln, wenn Brennstoff den ersten und zweiten
Heizgeräten 10, 11 zugeführt wird
(in dieser Zeit wird der Brennstoffzelle 1 kein Brennstoff
zugeführt).
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Die
Steuerroutine, die durch das Steuergerät 100 gemäß dieser
Ausführungsform
ausgeführt
wird, wird gemäß des Ablaufdiagramms
in 10 beschrieben. Die gleichen oder ähnlichen
Komponenten werden durch die gleichen Bezugsziffern wie diejenigen,
die in anderen Ausführungsformen
verwendet werden, bezeichnet und die zusätzliche Beschreibung wird weggelassen.
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Wenn
das Brennstoffzellensystem im Temperaturaufrechterhaltungs-Modus
abgeschaltet wird, wird die Energie (z. B. der Brennstoffverbrauchsbetrag)
berechnet, die vorab durch die Heizgeräte 10, 11 in
einer vorbestimmten Periode verbraucht wurde, nachdem das Brennstoffzellensystem
abgeschaltet ist. Der Stopp-Modus wird auf der Basis eines Vergleiches
von der Startenergie zum Auftauen mit der Summe aus vorausgesagter
Temperaturaufrechterhaltungsenergie, die in Zukunft erforderlich
wird, und dem historischen Wert für die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
neu gewählt.
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Wenn
der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus als Stopp-Modus zum Steuern des Brennstoffzellensystems
ausgewählt
wird, wird die nachstehend beschriebene Steuerroutine ausgeführt, wenn
die vorbestimmte Periode abgelaufen ist, nachdem der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus gestartet
wurde.
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Zuerst
werden im Schritt S110 die historischen Außentemperaturdaten, wie in
der ersten und zweiten Ausführungsform
beschrieben, eingelesen. Im Schritt S120 wird die Startenergie zum
Auftauen durch die Berechnungseinheit 103 für die Startenergie
zum Auftauen, die auf den historischen Temperaturdaten basiert,
neu berechnet.
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Als
nächstes
wird im Schritt S130 die tatsächliche
historische Temperaturaufrechterhaltungsenergie durch die tatsächliche
Temperaturaufrechterhaltungsenergie-Speichereinheit 109 auf der
Basis des Brennstoffverbrauchsbetrages nach der Systemabschaltung
berechnet, bis die Temperaturaufrechterhaltungsenergie neu berechnet
wird. Danach wird im Schritt S140 die Energie, die von der Zeit
der Temperaturaufrechterhaltungsenergie verbraucht wird, neu berechnet,
bis der von Datum und Uhrzeit geplante Start abgeschätzt wird.
Mit anderen Worten, wird die Energie, die nach der vorbestimmten
Periode bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start verbraucht
wird, geschätzt.
Die geschätzte
Energie wird zur tatsächlichen
historischen Temperaturaufrechterhaltungsenergie addiert, um die
Temperaturaufrechterhaltungsenergie zu berechnen.
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Im
Schritt S50 wird entweder der Start-Modus zum Auftauen oder der
Temperaturaufrechterhaltungs-Modus durch Vergleichen der Startenergie zum
Auftauen mit der Temperaturaufrechterhaltungsenergie ausgewählt.
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Somit
ist es in der vierten Ausführungsform möglich, die
Temperaturaufrechterhaltungsenergie genauer durch Berechnen der
tatsächlichen
historischen Temperaturaufrechterhaltungsenergie auf der Basis des
Brennstoffverbrauchsbetrages, der verwendet wird, nachdem das System
abgeschaltet ist, neu zu berechnen. Außerdem ist es möglich, die
Genauigkeit der Stopp-Modus-Auswahl zu verbessern und die Wirksamkeit
des Brennstoffzellensystems zu erhöhen.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das die durch das Steuergerät 100 ausgeführte Steuerroutine
in einer fünften
Ausführungsform
darstellt. Der mechanische Aufbau dieser Ausführungsform ist der gleiche
wie in der vierten Ausführungsform.
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Obwohl
diese Ausführungsform ähnlich der vierten
Ausführungsform
ist, weist sie ein Stopp-Modus-Auswahlverfahren
auf, das ausgeführt
wird, wenn das Brennstoffzellensystem beim Starten zum ursprünglichen,
von Datum und Uhrzeit geplanten Start scheitert.
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Zuerst
gibt ein Benutzer im Schritt S210 einen von Datum und Uhrzeit geplanten
Start erneut ein. Wenn dieser nicht eingegeben wird, kann der Start-Modus
zum Auftauen ausgewählt
werden.
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Danach
werden im Schritt S210 die historischen Außentemperaturdaten eingelesen
und im Schritt S30 wird die Startenergie zum Auftauen auf der Basis
des von Datum und Uhrzeit geplanten Starts, der im Schritt S210
neu eingegeben wurde, erneut berechnet.
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Anschließend wird
im Schritt S220 die tatsächliche
historische Temperaturaufrechterhaltungsenergie auf der Basis der
Energie (Brennstoffverbrauchsbetrag), die durch die Heizgeräte 10, 11 nach dem
Abschalten des Systems bis zum originalen, von Datum und Uhrzeit
geplanten Start verbraucht wird, berechnet. Im Schritt S240 wird
die Energie, die vom originalen, von Datum und Uhrzeit geplanten
Start bis zum neu festgesetzten, von Datum und Uhrzeit geplanten
Start verbraucht wird, geschätzt.
Die Summe aus der oben geschätzten
Energie und der tatsächlichen
historischen Temperaturaufrechterhaltungsenergie, die im Schritt
S220 berechnet wurde, wird als die Temperaturaufrechterhaltungsenergie
berechnet. Im Schritt S50 wird die Startenergie zum Auftauen mit der
Temperaturaufrechterhaltungsenergie verglichen, um den Stopp-Modus auszuwählen.
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In
der fünften
Ausführungsform
wird der von Datum und Uhrzeit geplante Start neu eingegeben, wenn
der Start nicht zum ursprünglichen
Startdatum und -uhrzeit, der beim Abschalten des Systems eingegeben
wurde, ausgeführt
wird, mit anderen Worten, wenn der Start nicht zum vorab geplanten
Startdatum und -uhrzeit ausgeführt
wird. In diesem Fall wird die tatsächliche historische Temperaturaufrechterhaltungsenergie,
die der Energie entspricht, die durch die Heizgeräte 10, 11 verbraucht
wird, bis zum ursprünglichen,
von Datum und Uhrzeit geplanten Start der Temperaturaufrechterhaltungsenergie
in der Periode vom ursprünglichen,
von Datum und Uhrzeit geplanten Start bis zum neu eingestellten,
von Datum und Uhrzeit geplanten Start hinzugefügt. Dieses ermöglicht ein
genaueres Berechnen der Temperaturaufrechterhaltungsenergie.
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Eine
sechste Ausführungsform
wird nachstehend gemäß der 12 und 13 beschrieben.
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In
dieser Ausführungsform
wird ein Stopp-Modus-Auswahlverfahren
offenbart, das geographische Regionen berücksichtigt, in dem die Startenergie
zum Auftauen einer deutlichen Änderung
infolge großer
Veränderungen
in der täglichen
atmosphärischen
Temperatur ausgesetzt ist.
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Gemäß 12 wird
diese Situation beschrieben. In 12 wird
das Brennstoffzellensystem zum Zeitpunkt 0 abgeschaltet. Wenn der Stopp-Modus
des Brennstoffzellensystems der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus
ist, werden die Heiztätigkeiten
begonnen, um das Brennstoffzellensystem auf der ersten vorbestimmten
Temperatur zu halten, wenn die Temperatur des Brennstoffzellensystems
auf die erste vorbestimmte Temperatur zum Zeitpunkt t1 reduziert
wird. Danach ist die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb im Wesentlichen proportional
zur abgelaufenen Zeit.
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Andererseits,
wenn der Stopp-Modus der Start-Modus zum Auftauen ist, verändert sich
die Startenergie Ea zum Auftauen auf und ab bezüglich der Außentemperaturdaten
(dargestellt durch die gestrichelte Linie) zum Startzeitpunkt des
Brennstoffzellensystems.
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Diese
Ausführungsform
stellt einen Aufrechterhaltungs-Modus
zum Auftauen dar. Im Temperaturaufrechterhaltungs-Modus zum Auftauen
wird die gleiche Steuerung wie beim Start-Modus zum Auftauen ausgeführt, bis
das Auftauen bei der maximalen Außentemperatur (Zeitpunkt t2)
während
des Tages vor dem Start stattfindet. Nachdem die Auftautätigkeiten
zum Zeitpunkt t2 erfolgt sind, werden die Temperaturaufrechterhaltungstätigkeiten
ausgeführt,
um somit Wasser im Brennstoffzellensystem bei einer ersten vorbestimmten
Temperatur aufrechtzuerhalten, wie durch eine fettgedruckte Linie
in 12 dargestellt. D. h., der Temperaturaufrechterhaltungs-Modus
zum Auftauen ist eine Kombination aus Start-Modus zum Auftauen und
Temperaturaufrechterhaltungs-Modus in den obigen Ausführungsformen.
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Wenn
der Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems bei einer minimalen
Außentemperatur (zum
Zeitpunkt t3) startet, ist die Energie Ec, die im Temperaturaufrechterhaltungs-Modus zum
Auftauen verbraucht wird, kleiner als die im Start-Modus Ea zum
Auftauen und die im Temperaturaufrechterhaltungs-Modus Eb.
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In
geographischen Regionen, wo große
tägliche
atmosphärische
Temperaturveränderungen
auftreten, tritt manchmal der Fall ein, dass es möglich ist,
den Energieverbrauch unter Verwendung eines Temperaturaufrechterhaltungs-Modus
zum Auftauen auszuschließen.
Das liegt daran, dass die Auftautätigkeiten bei der maximalen
Außentemperatur
ausgeführt
werden können.
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Das
Ablaufdiagramm in 13 stellt eine durch das Steuergerät 100 ausgeführte Steuerroutine
während
des Abschaltens des Brennstoffzellensystems dar.
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Zuerst
wird im Schritt S10 der von Datum und Uhrzeit geplante Start (z.
B. der Zeitpunkt t3 in 12) durch einen Anwender oder
dgl. eingegeben. Die historischen Außentemperaturdaten werden im
Schritt S110 eingelesen. Im Schritt S30 wird die für die Schmelztätigkeiten
während
des Starts benötigte Startenergie
zum Auftauen durch Vorhersagen der Außentemperatur für den von
Datum und Uhrzeit geplanten Start berechnet, mit anderen Worten,
die Außentemperatur,
die beim von Datum und Uhrzeit geplanten Start erreicht wird. Im
Schritt S40 wird die Temperaturaufrechterhaltungsenergie berechnet.
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Außerdem sagt
das Steuergerät
im Schritt S310 die maximale Außentemperatur
des vorhergehenden Tages vor dem von Datum und Uhrzeit geplanten
Start und den Zeitpunkt, bei dem die maximale Außentemperatur erreicht werden
wird, auf der Basis der historischen Außentemperaturdaten voraus. Im
Schritt S320 wird die Startenergie zum Auftauen bei der maximalen Außentemperatur
als erster Energieverbrauch berechnet. Der erste Energieverbrauch ist
die Energie, die durch das Heizgerät beim Aufheizen des Wassers
im Brennstoffzellensystem auf die zweite vorbestimmte Temperatur
bei einer maximalen Außentemperatur
verbraucht wird. Zusätzlich wird
ein zweiter Energieverbrauch berechnet. Der zweite Energieverbrauch
ist die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur des Brennstoffzellensystems
nach dem Erreichen der maximalen Außentemperatur bis zum von Datum
und Uhrzeit geplanten Start aufrechtzuerhalten. Der erste und zweite
Energieverbrauch werden zusammenaddiert und als Temperaturaufrechterhaltungsenergie
Ec zum Auftauen festgelegt.
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Im
Schritt S330 wird die im Schritt S30 berechnete Startenergie Ea
zum Auftauen mit der Temperaturaufrechterhaltungsenergie Ec zum
Auftauen verglichen und danach der kleinere der Werte von der Startenergie
Ea zum Auftauen und der Temperaturaufrechterhaltungsenergie Ec zum
Auftauen ausgewählt.
Im Schritt S340 wird der kleinere der Werte von der Startenergie
Ea zum Auftauen und von der Temperaturaufrechterhaltungsenergie
Ec zum Auftauen mit der Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb,
die im Schritt S40 berechnet wurde, verglichen, um den kleinsten
Energiewert von Ea, Eb und Ec zu suchen. Im Schritt S350 wird der Stopp-Modus
als Modus mit dem kleinsten Energieverbrauch von Ea, Eb und Ec bestimmt.
D. h., in den Schritten S330 bis S350 wird der Stopp-Modus mit dem minimalen
Energieverbrauch vom Start-Modus zum Auftauen, vom Temperaturaufrechterhaltungs-Modus,
und vom Temperaturaufrechterhaltungs-Modus zum Auftauen ausgewählt.
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Wenn
die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Ec zum Auftauen kleiner
als die Temperaturaufrechterhaltungsenergie Eb und die Startenergie
Ec zum Auftauen ist, steuert das Steuergerät 100 das zweite Heizgerät 11,
um das Wasser im Reinwassertank 3 auf die zweite vorbestimmte
Temperatur zu dem Zeitpunkt aufzuheizen, bei dem die maximale Außentemperatur
am Tag vor dem von Datum und Uhrzeit geplanten Start erreicht worden
ist und steuert danach das erste Heizgerät 10, um die zweite
vorbestimmte Temperatur beizubehalten, so dass das Wasser im Brennstoffzellensystem
in der Periode nach der Zeit zum Erreichen der maximalen Außentemperatur
bis zum von Datum und Uhrzeit geplanten Start nicht gefriert.
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Obwohl
die Erfindung gemäß dem bestimmten
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese oben
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Abänderungen
und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den
Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre. Sie werden
durch die folgenden Ansprüche
definiert.