JP2020535581A - 燃料電池を運用する方法およびそのためのコントローラ - Google Patents

Abstract

複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置される、上記燃料電池システムを動作させる方法であり、上記方法は上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が冷却剤温度閾値を下回るときに実行され、上記冷却剤貯蔵モジュールから上記燃料電池アセンブリへ冷却剤を搬送するように構成された冷却剤ポンプの駆動に先立って実行される第１のフェーズと、上記冷却剤ポンプの駆動後に実行される第２のフェーズとを有する。【選択図】図３

Description

この開示は、全般的には、燃料電池および冷却剤貯蔵タンクに関する。

慣用的な電気化学燃料電池は燃料および酸素を電気エネルギおよび反応生成物に変換する。通常のタイプの電気化学燃料電池は膜電極組立体（ＭＥＡ）を有し、これが、アノードおよびカソードの間のポリマー製イオン伝達膜とガス拡散構造とを有する。燃料、例えば水素、および、酸素、例えば空気からの酸素がＭＥＡのそれぞれのサイドを越えて通り抜け、電気エネルギと反応生成物としての水を生成する。スタック構造が、多くのそのような燃料電池を個別のアノードおよびカソード流体流路中に配列して形成されて良い。そのようなスタックは、典型的には、当該スタックの各端部において端部プレートによって一体に保持される多数の個別の燃料電池プレートを有するブロックの形態をとる。

効率的な操作のためには、高分子イオン移動膜が水和したままであることが重要である。スタックの温度を制御することも重要である。したがって、冷却剤は、冷却および／または水和のためにスタックに供給されて良い。したがって、燃料電池システムは、例えば、燃料電池スタックの水和および／または冷却のために水を貯蔵するための水／冷却剤貯蔵モジュールを含んで良い。燃料電池システムを氷点下の状態で保管または操作すると、燃料電池スタックおよび水貯蔵モジュール内の水が凍結する場合がある。凍結した水は、燃料電池スタックへの冷却液または水和水の供給を妨げる閉塞を引き起こす可能性がある。これは、燃料電池システムがオフになっているため、水貯蔵モジュール内の水がスタックを通過することで加熱されなくなり、完全に凍結する場合に特に問題になる。そのような場合、水和および／または冷却に十分な液体水が利用できない場合がある。これにより、凍結した水が解凍されるまで、燃料電池アセンブリの再起動やフルパワーでの動作が妨げられる場合がある。燃料電池システムにヒータを設置し、バッテリーなどからの貯蔵エネルギで作動し、燃料電池システムをゼロより高い温度に維持して凍結の発生を防ぐことが知られている。ただし、バッテリーの電力は制限されており、バッテリーが故障したり放電したりすると、燃料電池システムが凍結する可能性がある。

この発明の所定の側面によれば、複数の燃料電池からなり、当該複数の燃料電池への燃料流および酸化剤流から電力を生成するように構成された燃料電池アセンブリであって、上記燃料電池アセンブリに冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置された上記燃料電池アセンブリを有し、さらに、上記冷却剤貯蔵モジュールの冷凍冷却剤を加熱するように構成された１つまたは複数のヒータと、上記酸化剤流および／または上記燃料流を供給するように構成されたコンプレッサとを含む燃料電池システムを動作させる方法が開示され、この方法は、
（ａ）上記燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を下回ること、および／または、（ｂ）上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第１の電池電圧閾値を下回ること有する低性能閾値に基づいて、
上記駆動されたヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む第１の回復ルーチンを実行するステップと、
第１の予め定められた時間間隔内において、燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回ること、および／または、上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第２の電池電圧閾値を上回ることを含む回復閾値が満たされるならば、上記ヒータのうちの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行し、
そうでないならば、上記冷却剤貯蔵モジュールへの熱の供給を継続しながら上記コンプレッサに供給される電力を減少させることを含む、他の回復ルーチンを実行するステップとを有する。

これは、低性能閾値に応じて燃料電池のヒータを作動させることにより、燃料電池システムの健全性を危険にさらすことなく冷却剤の加熱を効果的に維持できるため、有利である。さらに、回復閾値を満たせなかったに圧縮機を制御することは、性能の低い燃料電池アセンブリに関連する状態から回復する効果的な方法であることがわかった。

第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値と同じであって良い。第２のセル電圧閾値は、第１のセル電圧閾値よりも高くて良い。

燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を下回るという観点で、および／または１つまたは複数の燃料電池の電圧が第１の電池電圧閾値を下回るという観点で低性能閾値を定義するけれども、他の明確にされていない例では、異なる低性能閾値を使用して、第１の回復ルーチンおよび／または他の回復ルーチンに進むかどうかを決定して良い。

１または複数の例において、上記他の回復ルーチンは、さらに、第２の予め定められた時間間隔を待機するステップと、
第２の予め定められた時間間隔において、（ａ）上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第３の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回り、かつ／また、（ｂ）上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第３の電池電圧閾値を上回るならば、上記ヒータ駆動手順を実行し；
そうでない場合には上記燃料電池アセンブリの電気出力を制限するステップとを有する。

第３の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、第１および第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値と同じであって良い。第３のセル電圧閾値は、第１のセル電圧閾値より高くて良く、かつ／また第２のセル電圧閾値と同じであって良い。

１または複数の例において、上記電気出力を制限するステップは、上記燃料電池システムをシャットダウンすることを含む。

１つまたは複数の例において、当該方法は、複数のヒータの駆動に続いて実行され、第１の回復ルーチンは複数のヒータの１つまたはサブセットを駆動停止することを含む。１つまたは複数の例において、当該方法は、複数のヒータの駆動に続いて実行され、第１の回復ルーチンは、複数のヒータを漸進的に駆動停止することを含む。

１つまたは複数の例において、当該方法は、第２の回復ルーチンを含み、上記第２の回復ルーチンは、上記低性能閾値が第２の時間間隔の間において満たされるならば実行され、上記第２の回復ルーチンは上記駆動されたヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止するステップと、
第３の予め定められた時間間隔内において、（ａ）燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第４の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回ること、および／または、（ｂ）上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第４の電池電圧閾値を上回ることを含む第２の回復閾値が満たされるならば、上記ヒータのうちの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行し、
そうでないならば、上記燃料電池システムの電気負荷を減少させるステップとを有する。

第４の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、第１および第２および第３の予め定められたアセンブリ電圧閾値と同じであって良い。第４のセル電圧閾値は、第１のセル電圧閾値よりも高くて良い。

１つまたは複数の例において、燃料電池システムの電気負荷の低減することは、当該他の回復ルーチンを実行することを含んで良い。

１つまたは複数の例において、上記他の回復ルーチンは、予め定められた時間間隔の間、上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第５の予め定められたアセンブリ電圧閾値より小さいか、または上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第５の電池電圧閾値より小さい場合に、実行される。

第５の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、第１から第４の予め定められたアセンブリ電圧閾値のいずれか１つまたはすべてより低くて良い。第５のセル電圧閾値は、第１のセル電圧閾値と同じであって良い。

１つまたは複数の例において、上記低性能閾値が満たされ、かつ対応する回復閾値が満たされるたびに、上記方法はより長い予め定められた時間間隔だけ待機し、これに続けて、上記ヒータの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行する。

１つまたは複数の例において、上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が予め定められた温度閾値を上回ること、
上記ヒータに上記駆動時から供給されたエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達し、または上回ること、
上記ヒータの駆動時からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に達し、または上回ること、
カソード排気の温度が予め定められたカソード排気温度閾値を上回ること、
上記低性能閾値が予め定められた回数満たされること、および
タイムアウト期間が経過すること
のうちの１つまたは複数の条件が満たされるまで上記方法を実行する。

１つまたは複数の例において、
（ｉ）上記冷却剤貯蔵モジュールから任意の冷却剤が上記燃料電池システムに利用可能になる前であること、
（ｉｉ）上記燃料電池システムまたは周囲環境の温度が温度閾値を下回っていること、
（ｉｉｉ）上記冷却剤モジュールから冷却剤をポンプ駆動するように構成された冷却剤ポンプの駆動の前であること、
（ｉｖ）冷却剤貯蔵モジュールへ供給されるエネルギの計測値が予め定められたエネルギ入力閾値に達し、または上回るまでであること、
（ｖ）上記ヒータに電力が供給される時間が予め定められたエネルギ入力時間閾値に達し、または上回るまでであること、
（ｖｉ）上記燃料電池システムから離れる上記酸化剤流の温度が予め定められたカソード温度閾値に達しまたは上回ること
という条件のうちの１つまたは複数の条件の下で、上記方法が実行される。

１つまたは複数の例において、コンプレッサは酸化剤を供給するように構成されている。

この開示の所定の側面によれば、複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置される、上記燃料電池システムを動作させる方法が提供され、当該方法は、上記冷却剤貯蔵モジュールから上記燃料電池アセンブリへ冷却剤を搬送するように構成された冷却剤ポンプを駆動する前に、かつ、上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が冷却剤温度閾値を下回るときに、実行され、
当該方法は、
上記冷却剤貯蔵モジュールの凍結された冷却剤を加熱するように構成された１または複数のヒータを駆動するステップと、
（ａ）上記燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を下回ること、および／または、（ｂ）上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第１の電池電圧閾値を下回ることに基づいて、
上記燃料電池アセンブリの電気出力を制限し、かつ、少なくとも、上記燃料電池アセンブリの動作によって加熱された冷却剤を上記冷却剤貯蔵モジュールに回帰させてそのエネルギの少なくとも一部を上記冷却材に付与することによって、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するステップとを有する。

１つまたは複数の例において、上記電気出力を制限するステップは、上記１つまたは複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む。

１つまたは複数の例において、上記電気出力を制限するステップは、上記燃料電池システムによって電力供給されるように構成された負荷に供給される電気出力を制限することに組み合わせて、上記１つまたは複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む。

１つまたは複数の例において、
上記方法は、
上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が上記冷却剤温度閾値に達し、または上回ることを検出してときに、
上記冷却剤ポンプによって供給される流量を増加させること、
上記酸化剤流量および上記燃料流量を調整して予め定められた化学量論比を満たすこと、
上記１つまたは複数のヒータを駆動停止すること
のうちの１つまたは複数を実行するステップを有する。

１つまたは複数の例において、上記方法は、上記１つまたは複数のヒータの駆動に続けて、かつ、（ａ）上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回り、かつ／また、（ｂ）上記年老電池の１つまたは複数の電圧が第１の電池電圧閾値を上回るという条件の下で、
予め定められた条件がひとたび真であれば、上記１つまたは複数のヒータを駆動停止することを有し、上記予め定められた条件は、
上記１つまたは複数のヒータにその駆動時から供給されたエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達し、またはうわまわり、かつ上記駆動時からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に達し、または上回るときに、
真になる。

この開示の所定の側面によれば、複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置される、上記燃料電池システムを動作させる方法が提供され、当該方法は上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が冷却剤温度閾値を下回るときに実行され、上記冷却剤貯蔵モジュールから上記燃料電池アセンブリへ冷却剤を搬送するように構成された冷却剤ポンプの駆動に先立って実行される第１のフェーズと、
上記冷却剤ポンプの駆動後に実行される第２のフェーズとを有し、
上記方法は、
上記第１のフェーズにおいて、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するように構成された１つまたは複数のヒータを駆動し、かつ、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能が低性能閾値を満たすならば、少なくとも１つの駆動中のヒータを維持したままで上記複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止するステップと、
上記第２のフェーズにおいて、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するように構成された複数のヒータを駆動し、かつ、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能が他の低性能閾値を満たすならば、１つまたは複数のヒータを駆動停止し、上記燃料電池アセンブリの動作によって加熱された冷却剤を上記冷却剤貯蔵モジュールに回帰させてそのエネルギの一部を上記冷却剤に付与させることによって、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するステップとを有する。

１つまたは複数の例において、上記第１のフェーズは、上記酸化剤を上記燃料電池アセンブリに供給するように構成されたコンプレッサを制御して上記燃料電池アセンブリの電気負荷を減少させることを含む。

１つまたは複数の例において、上記第１のフェーズおよび／または上記第２のフェーズは、上記複数のヒータのうちの上記１つまたは複数の駆動停止に続けて、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能がさらに他の低性能閾値を満たす場合に、上記燃料電池システムをシャットダウンするステップを有する。

この開示の所定の側面によれば、複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置され、上記冷却剤貯蔵モジュールはそこに貯蔵された冷却剤を加熱するための１つまたは複数のヒータに関連付けられる、上記燃料電池システムのためのコントローラが提供され、上記コントローラはいずれかの先行する側面の方法に応じて動作するように構成される。

この開示の所定の側面によれば、複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置され、上記冷却剤貯蔵モジュールはそこに貯蔵された冷却剤を加熱するための１つまたは複数のヒータに関連付けられる、上記燃料電池システムが提供され、この連量電池システムは、上記第１、第２、または第３の側面のいずれかの方法に応じれ動作するように構成される。

いくつかの側面において、燃料電池アセンブリは、酸化剤流および／または燃料流を供給するように構成されたコンプレッサを含んで良いことが理解されよう。

本開示のいくつかの側面によれば、メモリを有するプロセッサ上で実行されると、第１、第２、または第３の側面のいずれかの方法の性能を提供するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラムまたはコンピュータプログラム製品が提供される。

本出願は、添付の図面と併せて読むときにさらに理解される。主題を例示する目的で、主題の例示的な実装形態を図面に示す。しかしながら、本明細書に開示されている主題は、開示されている特定の方法、装置、およびシステムに限定されない。さらに、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。

燃料電池システムの模式図を示す。 寒冷または冷凍周囲条件における動作を説明する第１のフローチャートを示す。 冷凍冷却剤条件の下でコントローラによって敵相される方法を説明する第２のフローチャートである。

図は、燃料電池アセンブリ２および冷却剤貯蔵モジュール３を有する燃料電池システム１を示す。この例の燃料電池アセンブリ２は、互いに積み重ねられた複数のプロトン交換膜燃料電池を含む燃料電池スタックを有する。燃料電池アセンブリ２は、蒸発冷却された燃料電池アセンブリを有する。この例では、冷却剤は水を有するけれども、グリコールまたは水溶液などの他の冷却剤を使用できることが理解されよう。この例では、冷却剤または水貯蔵モジュール３は、燃料電池アセンブリ２の水和および／または蒸発冷却のために純水を貯蔵する。

凍結状態が発生すると、モジュール３の水が凍結する場合がある。システム１は、当該システム１の電源が切られている間、氷点より上の温度を維持するために補助ヒータを含まないか、使用しない場合がある。システム１を再起動すると、燃料電池スタック２の冷却および／またはスタックの燃料電池を形成する燃料電池膜の水和のために水が必要になる場合がある。したがって、タンク１内の水が凍結した場合、スタック３で利用できるように素早く解凍する必要がある。

燃料電池アセンブリ２は、アノード入口４を通る水素などの燃料の流れと、カソード入口５を通る空気などの酸化剤の流れとを受け取るように構成される。酸化剤の流れを駆動するために圧縮機１５を設けて良い。燃料の流通を可能にするために、アノード排気口６が設けられている。酸化剤の流通を可能にするために、カソード排気口７が設けられている。排気流は、反応副産物と、アセンブリ２を通過した可能性のある冷却液／水和液も運ぶことが理解されるであろう。カソード排気部７は、冷却液（水）をカソード排気フローから分離する冷却液セパレータ８を含んで良い。分離された水は、冷却剤貯蔵モジュール３にリサイクルされて良い。この例は、スタックを通過した冷却水のリサイクルを示しているが、本発明は、冷却剤をリサイクルしないシステムまたは冷却剤を別の手法でリサイクルするシステムに適用可能であることが理解されよう。

冷却剤貯蔵モジュール３は、導管によって燃料電池アセンブリに接続されているけれども、モジュール３はスタック内の燃料電池と一体化されて良いことを理解されたい。冷却剤貯蔵モジュール３は、燃料電池アセンブリ２の蒸発冷却のためのカソード流への冷却剤の導入を可能にするためにカソード入口５に接続される。冷却剤は、カソード流とは別の導管によってスタックに導入されて良い。

燃料電池システムコントローラ１０が、燃料電池システムのさらなる動作を制御するために設けられている。コントローラ１０は、冷却剤貯蔵モジュールから燃料電池アセンブリ２への冷却剤の流れを制御するように構成されて良い。コントローラ１０は、燃料電池アセンブリ２への水の送達を制御するために制御信号をポンプ１１に供給して良い。コントローラ１０は、冷却剤貯蔵モジュール３に配置されたヒータ要素１２、１３を制御して良い。コントローラ１０は、例えば、圧縮機１５、１６の制御により燃料電池アセンブリ２を通る燃料および／または酸化剤の流れを制御して良い。コントローラ１０は、また、１つ以上のセンサ１４により燃料電池アセンブリ２の性能に関する１つ以上の測定値を受け取って良い。センサは一般的に示されており、温度センサおよび／または電気特性測定センサ、例えば電圧計および／またはメータを有して良い。コントローラ１０は、システム１の他の場所に配置された追加のヒータに制御信号を供給して、冷却剤貯蔵モジュール３へおよび／または冷却剤貯蔵モジュール３から冷却剤を運ぶパイプおよびコンポーネントを含む冷却剤供給回路の他の部分を暖めて良い。

ヒータ要素１２、１３は、第１のヒータ要素１２と、第１のヒータ要素１２から離間した第２のヒータ要素１３とを有する。冷却剤貯蔵モジュール３は、燃料電池アセンブリに冷却剤を供給するように構成され、それぞれが１つ以上のヒータ要素を有する複数の冷却剤貯蔵モジュールを有して良い。１つまたは複数のヒータ要素は、電気駆動または燃焼エネルギ駆動であって良く、抵抗性ヒータを含んで良い熱放散要素、または燃料電池システムのある部分から別の部分に熱を移動させるヒートパイプまたは熱交換器を含んで良い。たとえば、燃料電池アセンブリを介して酸化剤を駆動するコンプレッサ１５、１６は、燃料電池アセンブリの起動後に比較的迅速に暖まり、したがって熱交換器と作動流体および／またはヒートパイプを使用して熱をコンプレッサから冷却剤貯蔵モジュールに移動でき、有益である。

図２を参照すると、燃料電池システム１の動作の例示的な実施のいくつかの側面が示されている。この動作は、燃料電池システム制御装置１０によって実行されて良い。この動作は、寒冷または凍結周囲条件で使用されたときに燃料電池システムが効果的に始動できるように実行される。寒冷または凍結の周囲条件では、冷却材が冷却剤貯蔵モジュール３で凍結するため、燃料電池アセンブリ２に必要な冷却剤が利用できない危険性がある。燃料電池システムは、凍結の危険性がある場合を識別して、その動作を修正し、もって、燃料電池システムの信頼性の高い起動を可能にすることが重要である。これは、燃料電池システム１が車両に動力を供給する場合に特に重要である。車両のユーザは、燃料電池システムが確実に起動し、広範囲の動作環境で車両に有効な電力を提供できることを期待する。これは、燃料電池アセンブリが効率的な動作に必要とする冷却剤などのリソースが、少なくとも最初は使用できない可能性があることを考えると、難題である。

図２は、燃料電池システム１をオンにして燃料電池アセンブリ２を作動させるステップ２０を示す。これには、燃料電池アセンブリ２を始動するためのコントローラ１０などの電気システムの電源投入が含まれて良い。これは、入口４、５による燃料電池アセンブリ２への燃料または酸化剤の供給を開始して良く、または、これは、以下で議論されるステップ２１の後に実行されて良い。

ステップ２１は、燃料電池システム１の温度に関する決定を示す。したがって、燃料電池システムコントローラ１０は、（１または複数の）温度センサ１４を使用して、燃料電池システムの周りの１または複数の位置の温度、例えば、スタックまたは水貯蔵モジュール３の内部、および／または燃料電池視システムの周囲環境などにおける温度を判定して良い。決定された温度、または複数の温度測定値の最小または最大または平均は、予め定められた温度閾値と比較され、冷却剤が凍結するリスクを決定する。この実施例において、予め定められた温度閾値は６℃未満の温度に設定される。決定された温度が予め定められた温度よりも低い場合、当該方法は、以下でより詳細に説明される通常動作モードに入る前に、ステップ２２で表される「凍結開始動作」方法を使用して燃料電池システムを動作させる。測定温度が予め定められた温度度以上である場合、燃料電池システムはステップ２４で表される「通常運転モード」で運転される。通常運転モードでは、燃料電池システムはヒータ要素に電力を供給しなくて良い。しかし、これについては以下でさらに詳しく説明する。予め定められた温度は、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０°Ｃ、または冷却剤の凝固点または燃料電池システムに必要なフリーズ可能な１つまたは複数の他のリソースに関連するいくつかの他の値であって良い。

ステップ２５は、燃料電池システムのシャットダウン、例えば、燃料および酸化剤の供給の停止を表す。ステップ２６は、燃料電池システムコントローラ１０が、温度センサを使用して、燃料電池システム１および／またはシステム１の周りの周囲環境の温度を決定することを表す。検出された温度が当該温度閾値または異なる温度閾値を下回る場合、ステップ２７で表されるコールドシャットダウン操作が実行される。さらなる実施例において、コントローラ１０は、インターネットを使用して天気予報を取得するように構成されて良い。潜在的な周囲温度を決定し、システム１は、予測に基づいてコールドシャットダウンルーチン２７を実行するかどうかを決定して良い。ルーチン２７は、圧縮機（図示せず）を作動させて、燃料電池アセンブリ２に残っている冷却液または水をアセンブリ２から、場合によっては冷却液貯蔵モジュール３に（空気またはパージガスで）吹き込むことを有して良い。こののち、当該方法は、燃料電池システム１の再起動を待つ。

図３を参照する。図３は、冷却剤が少なくとも部分的に凍結するリスクがある状態で燃料電池システム１が始動した場合に、コントローラ１０によって実行される方法２２の例を示している。「凍結開始動作」方法は、ステップ３００で、圧縮機１５を作動させて燃料電池アセンブリ２に酸化剤流を供給するステップを有する。ポンプまたは事前加圧酸化剤を使用できることが理解されよう。燃料流の活性化も提供され、これは、圧縮機１６またはポンプの活性化によって実現されるか、または予圧燃料が流れることを可能にするバルブを開くことによって実現されて良い。コンプレッサまたはポンプのための、またはバルブの作動のための電力は、電気化学電池などの外部電源によって提供されて良い。燃料流量は、第１予め定められた低燃料速度に設定されて良い。コントローラ１０は、酸化剤流量を第１の予め定められた低い酸化剤速度に設定して良い。

つぎに、コントローラ１０は、燃料電池アセンブリ２の電気出力が予め定められた電圧閾値に達することに関して、燃料電池システム１の性能を評価する前に、予め定められた待機時間（ステップ３０１）待機して良い。他の電気的性能尺度を使用できることが理解されよう。燃料電池システムの性能が予め定められた基準（予め定められた電圧閾値など）を満たす場合、コンプレッサ／ポンプ１５、１６への電力の供給は、電気化学電池から燃料電池システム１に切り替えられて良く、これはステップ３０２に示す。基準が満たされない場合、コントローラは、燃料電池システムの性能を再評価する前に、予め定められた待機時間よりも短いまたは長いさらなる時間だけ待機して良い。

コントローラ１０は、ステップ３０３において、コンプレッサ１５の制御などにより、酸化剤流量を増加させるように構成される。コントローラ１０は、燃料電池の性能、特にその電気出力性能を監視するように構成される。他方、空気圧縮機１５は、酸化剤流量を予め定められた時間窓内で第２の予め定められた高い酸化剤速度まで漸進的に増加させる。性能が性能閾値を下回る場合、コントローラは、燃料電池アセンブリ２の電気的負担を軽減するために圧縮機１５の制御を提供するように構成されて良い。したがって、コントローラ１０は、以下の１つ以上を実行して良い。すなわち、
コンプレッサを制御して、酸化剤の流量が増加する割合を減らし；
酸化剤流量の増加を予め定められた時間停止し；
性能しきい値に達するまで、酸素流量の増加を一時停止し；
酸化剤の流量を予め定められた流量だけ減らす。

速度の低下量、予め定められた時間、および予め定められた流量は、性能閾値と比較した燃料電池アセンブリの性能不足に関連する値を有して良いことが理解されるであろう。

性能閾値は、燃料電池アセンブリ２の電圧出力および／または燃料電池アセンブリ２の燃料電池の１つ（またはサブセット）の電圧に基づいて良い。この例では、燃料電池アセンブリ２の電圧出力がコンプレッサ・ランプ・アップ・アセンブリ電圧閾値を超え；かつ燃料電池アセンブリ２の、当該アセンブリの最も小さな電圧を有する燃料電池の両端電圧がコンプレッサ・ランプ・アップ・セル電圧閾値を越えているならば、コントローラは酸化剤流量の漸進的な増加を続ける。

そうでなければ、コントローラ１０は、電気的負担の低減を実現して良い。したがって、コントローラ１０は、第１の予め定められた酸化剤速度から第２の予め定められた酸化剤速度への酸化剤流量の増加中に閉ループフィードバックを実現して良い。

コンプレッサが、ステップ３０３中に、予め定められた時間枠内で第２の予め定められた高い酸化剤速度に到達できない場合、ステップ３０４、３２０に示すように、燃料電池システムを停止して良い。

ステップ３０５は、第２の予め定められた酸化剤速度に達したこと、およびコントローラがステップ３０３によって示された閉ループフィードバックから出ることを示す。

コントローラは、ステップ３０５に示すように、第２の予め定められた酸化速度に達すると、予め定められた期間待機するように構成される。この待機期間中に、コントローラは以下をチェックする。
すなわち、（ステップ３０６へ）進む前の最後の予め定められた期間において、
燃料電池アセンブリ２の電圧出力は、コンプレッサ・ランプドアップ電圧閾値を超えるかどうか；そして、
燃料電池アセンブリの、当該アセンブリの最低電圧を持つ燃料電池の両端電圧が、コンプレッサ・ランプドアップ・セル電圧閾値を超えているかどうか。
基準ａ）またはｂ）が最後の予め定められた期間にわたって満たされない場合、コントローラは、ステップ３０７に示されるように燃料電池システムをシャットダウンして良い。

コンプレッサ・ランプドアップ・アセンブリ電圧閾値は、コンプレッサ・ランプ・アップ・アセンブリの電圧閾値よりも高くて良い。コンプレッサ・ランプドアップ・セル電圧閾値は、コンプレッサ・ランプ・アップ・セル電圧閾値よりも高くて良い。他の例において、上述の閾値は、それぞれのコンプレッサ・ランプ・アップ・閾値と同じで良い。

最後の予め定められた期間は、５、１０、１５、２０秒未満、またはより長く、例えば、実質的に１５秒であって良い。

つぎに、コントローラ１０は、１つまたは複数のヒータ１２の漸進的起動（ステップ３０６）を提供する。複数のヒータは、順次的に起動されて良く（個々に、またはグループで）、起動と起動の間の休止期間がある。この例では、ヒータは冷却剤貯蔵モジュール内に位置決めされているけれども、他の例では、モジュール３の外部にあって良く、こえが熱をモジュール３に供給する。さらに、ヒータ１２は、独立して制御可能な２つのセクションをなし、２つの別個のヒータ要素として効果的に機能する。この例では、コントローラ１０は、ヒータ素子１２のセクションを順次作動させるように構成されている。コントローラ１０は、ヒータに電力を供給するためにヒータスイッチに命令を送ることができ、またはコントローラ１０は、ヒータに直接電力を送ることができる。ヒータの電力は、燃料電池アセンブリによって生成される電気エネルギから部分的または完全に取得して良い。１つまたは複数のヒータの漸進的な作動は、順次作動の代替として、またはそれに加えて、そこに供給される電力を漸進的に増加させることを含んで良い。

コントローラ１０は、ヒータ１２またはヒータセクションが順次敵に作動されるとき、および／または１つ以上のヒータ１２が作動されると、燃料電池システム１の性能を監視する。具体的には、燃料電池アセンブリおよび／または個々の燃料電池の電気的性能を監視して、燃料電池アセンブリ２に対する電気負荷の影響を判断する。したがって、コントローラは、燃料電池システム１の電気的性能に基づいて負荷を修正する動作をとることができ、予め定められた制約内で動作することを保証できる。これは、燃料電池システムが寒いときは、暖かいときほど効果的に電力を供給できない可能性があるため、有利である。したがって、ヒータが作動した時点での燃料電池システム１の負荷の管理は、効果的な起動に有益である。

コントローラ１０は、燃料電池の性能が燃料電池の低性能閾値を満たしているかどうかを判定し（ステップ３０７）、閾値が満たされている場合、回復プロセスを実行する（ステップ３０８）ように構成される。以下に説明するように、回復プロセスは少なくとも２つの異なる回復サブルーチンを有する。回復プロセスが必要かどうかに関係なく、コントローラ１０は、ヒータ１２がアクティブな状態で温度・エネルギ入力基準に到達するのを待つように構成される（ステップ３０６、３１０、３１１）。したがって、コントローラは、ヒータが作動すると燃料電池システムの電気的性能を監視し、必要に応じて温度・エネルギ入力基準に達するまで負荷を制御する動作を実行するように構成される。

温度・エネルギ入力基準は、次のいずれかが含まれる：
冷却剤貯蔵モジュール内の冷却剤の温度（単一または複数の点で）が第２の予め定められた温度閾値を超える（ステップ３１１）；または、
ステップ３０６での活性化から１または複数のヒータ１２に供給されたエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に到達し、または上回り、かつ、活性化からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に到達し、または上回り、かつ／またかカソード排気の温度が予め定められたカソード排気温度閾値を上回る（ステップ３１０）。

第２の予め定められた温度閾値は、ステップ２１の予め定められた温度閾値より高くても同じでもよい。第２の予め定められた温度閾値は８℃であってもよい。カソード排気温度は、燃料電池アセンブリの内部温度の指標であり得、したがって、内部燃料電池アセンブリ温度および周囲温度の他の測定値を伴うかまたは置き換えられ得ることが理解されよう。

冷却剤貯蔵モジュール内の冷却剤の温度が第２の予め定められた温度閾値を超える場合、方法はステップ３１９に進み、第１のヒータ１２が切り離される。次に、コントローラ１０は、通常動作モード２４に進む前に、カソード排気温度が予め定められたカソード排気温度に達するのを待つことができる（ステップ３３４）。

この実施例において、燃料電池の低性能閾値（ステップ３０７）は、以下を有する。すなわち、
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値未満である；そして
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第１のセル電圧閾値を下回っている。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

第１の予め定められたのアセンブリ電圧閾値は、コンプレッサ・ランプドアップ・アセンブリ電圧閾値よりも小さくて良い。第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、コンプレッサ・ランプ・アップ・アセンブリ電圧閾値と実質的に同じであって良い。第１のセル電圧閾値は、コンプレッサ・ランプド・セル電圧閾値および／またはコンプレッサ・ランプ・アップ・セル電圧閾値より小さくて良い。

コントローラ１０は、燃料電池の低性能閾値が満たされていると判断すると、第１の回復ルーチンを含む回復プロセス３０８を実行し（ステップ３１２）、燃料電池システムの電気的性能が十分に回復しない場合、さらなる回復ルーチン３１３を実行する。第１の回復ルーチンは、要約すると、燃料電池アセンブリの負荷を減らすためにヒータを停止することを含む。だらなる回復ルーチンは、要約すると、コンプレッサ１５を制御して、酸化流が燃料電池アセンブリ２の負荷を低減することを含む。この例では、第１の回復ルーチンはコンプレッサ１５を変更しない。

したがって、ステップ３１２は、燃料電池性能閾値が満たされているかどうかを評価しながら、ヒータ１２（またはこの例ではヒータセクション）のうちの１つまたは複数を段階的に停止することを含む。燃料電池性能閾値は、この例において以下を含む。
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値を超える；そして
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第２のセル電圧閾値を超える。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

基準が満たされている場合（ステップ３１４）、コントローラはステップ３０６に戻る。具体的には、コントローラは、ヒータのプログレッシブ起動中にコントローラが中断された場合は、非アクティブ化されたヒータを再起動する前に第１の予め定められた時間待機するか、または、ヒータのプログレッシブ・アクティブ化（および／または電力を増加）を継続するように構成される（ステップ３１４に戻る）。したがって、このステップは、１つまたは複数のヒータの非アクティブ化（および／または電力の低減）後に回復する燃料電池アセンブリ２の電気的性能を表す。燃料電池アセンブリは作動することにより、その結果として暖まり、もって、電気負荷に対してより弾力的になるため、コントローラ１０はヒータの起動を続行しようとし、かつ／また、温度・エネルギ入力基準、例えば、起動させるさらなるヒータがないという基準が満たされるまで待機して良い他の例では、コントローラは、温度・エネルギ入力基準が満たされるのを待つのでなく、さらにヒータを作動または再作動して良い。

コントローラ１０は、上述の燃料電池性能閾値（ステップ３１２、３１４）が第１の予め定められた時間前に満たされない場合、さらなる回復ルーチン３１３を実行するように構成されて良い。しかし、この例では、コントローラ３１２は、ステップ３１２で１つまたは複数のヒータが停止したにもかかわらず燃料電池システム性能の測定値が回復しなかった場合にのみ、さらなる回復ルーチン３１３を実行して良い。

さらなる回復ルーチン３１３は、ステップ３１２の条件がすべてのヒータの作動停止にもかかわらず満たされない場合にのみ、コントローラ１０によって実行されて良い。他の例では、コントローラがさらなる回復ルーチン３１３を提供する前に満たされるべき条件は、第２の低性能閾値に基づいていてもよい。

この実施例において、第２の低性能閾値は以下を含む。
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第５の予め定められたアセンブリ電圧閾値未満である；そして
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第５のセル電圧しきい値を下回っている。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみが、第２の低性能閾値の一部として使用され得ることが理解されるであろう。

第５の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値より小さくてもよい。第５の予め定められたセル電圧閾値は、第１の予め定められたセル電圧閾値と実質的に同じ（またはそれ未満）であってもよい。

さらなる回復ルーチン３２２は、燃料電池システムの性能が回復するまで、コンプレッサ（すなわち、それに供給される電力またはその設定）を徐々に減らすことを含む。

ただし、より一般的には、コントローラは、燃料電池の性能が、燃料電池性能閾値に合致しているかどうかを決定し、これは、この例においては：
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第３の予め定められたアセンブリ電圧閾値（この例では、第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値と同じ）を超える；そして、
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第３のセル電圧閾値（この例では第２の予め定められたセル電圧閾値と同じ）を超える。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

この閾値が満たされる場合、コントローラ１０は、予め定められたコンプレッサ戻り期間にわたってコンプレッサをその以前の設定まで増加させるように構成される。燃料電池の性能閾値とともに閉ループフィードバックを使用して、コンプレッサを元の設定に戻す際の増加率を制御できる。この例では、コンプレッサが元の設定に戻されると、コントローラはステップ３０６に戻る。したがって、コントローラは、停止したヒータを再アクティブ化するか、ヒータの漸進的な作動中にコントローラが中断された場合にヒータを徐々に作動させる（および／または電力を増大させる）（ステップ３１５に戻る）。したがって、このステップは、１つまたは複数のヒータの作動停止および酸化剤コンプレッサの制御後に回復する燃料電池アセンブリ２の電気的性能を表す。

さらなる回復ルーチンが失敗した場合、コントローラ１０は、燃料電池システムに問題があると判断し、システム１をシャットダウンするなどして燃料電池アセンブリの電気出力を制限することができる（ステップ３１６）。これは、１つまたは複数のヒータの非アクティブ化後に低パフォーマンス閾値が満たされていると考えて良い。この例では、次の場合に発生する可能性がある：
燃料電池性能のしきい値に達することなく、コンプレッサを低レベル閾値値まで下げられる；
燃料電池の性能閾値値を超える性能を維持しながら、予め定められたコンプレッサ復帰時間内にコンプレッサを元の設定に戻すことができない。

この例では、コントローラ１０は、第２の回復ルーチンを実行するように構成されている。第２の回復ルーチンは、第１の回復ルーチンが実行された後に実行されて良い。第２の回復ルーチンは、第１の回復ルーチンの後で、ステップ３１３で燃料電池の低性能閾値が再び満たされる場合に（すなわち、ステップ３０６、３０７で２回目）実行されて良い。

一般に、第２の回復ルーチンは第１の回復ルーチンと同じであり、１つ以上のヒータ１２（またはこの例ではヒータセクション）を徐々に非アクティブにし、燃料電池性能の閾値が満たされているかどうかを評価する。この例では、燃料電池の性能閾値は以下を含む。
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値を超える；そして
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第２のセル電圧閾値を超える。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

さらに、コントローラ１０は、ステップ３１２で、燃料電池性能閾値が満たされているかどうかを評価する前に、第１の予め定められた時間よりも長い第３の予め定められた時間待機することができる。要約すると、コントローラは、燃料電池アセンブリが低性能閾値を満たすたびに、燃料電池性能閾値が満たされるまでの時間より長い時間待機するように構成されている。この例において、コントローラは第２の回復ルーチンの一部としてステップ３０６に戻る。この例において、
燃料電池の性能閾値は以下を含む。
燃料電池アセンブリ２の電圧出力が、第４の予め定められたアセンブリ電圧閾値（この例では第２の予め定められたアセンブリ電圧と同じ）を超える；そして
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の両端電圧が、第４のセル電圧閾値（この例では第２の予め定められたセル電圧と同じ）を超えている。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

基準が満たされている場合（ステップ３１４）、コントローラはステップ３０６に戻る。ただし、コントローラは、第２の回復ルーチンの後にステップ３０６に戻ると、ステップ３０６で提供されるように、ヒータの活性化／再活性化（および／または供給される電力の再増加）に進む前に、コントローラはより長い期間提起するように構成されて良い（第１の回復ルーチンからステップ３０６に復帰するときに比べて）。したがって、コントローラは、非活性化されたヒータを反応させるか、またはヒータのプログレッシブアクティベーション中にコントローラが中断された場合はヒータを徐々に活性化し続けるように構成される。したがって、このステップは、１つまたは複数のヒータを停止した後に回復する燃料電池アセンブリ２の電気的性能を表す。燃料電池アセンブリが動作することにより暖かくなり、したがって電気負荷に対する弾力性が高くなると期待されるため、コントローラ１０はヒータの起動の続行を試行し、および／または温度・はエネルギ入力基準が満たされるまで待機して良い。

コントローラ１０は、第２の回復ルーチンに関して上述した燃料電池性能閾値（ステップ３１２）が、第３の予め定められた時間の前に、またはすべてのヒータが停止される前に満たされない場合、さらなる回復ルーチン３１３を実行するように構成されて良い。

したがって、要約すると、コントローラは、燃料電池の低性能閾値に基づいて（ステップ３０７）、燃料電池の電気性能が燃料電池性能閾値へとフックさせることを可能にするために、１つ以上のヒータを徐々に停止（および／または供給電力を低減）し（ステップ３１２）、かつ、燃料電池システムの電気性能が第２の低性能閾値を下回った場合（ステップ３１７）、酸化剤を駆動するコンプレッサ２５を制御して燃料の負荷を低減して良い。回復ルーチンのいずれかが成功した場合、コントローラはヒータの漸進的な作動（ステップ３０６）に戻り、および／または温度またはエネルギ入力基準が満たされるまで待機する。上述の回復ルーチンがすべて失敗した場合、または予め定められた数の第１、第２およびその他の非回復ルーチンが実行された場合、またはタイムアウト期間に達した場合（ステップ３１８）、コントローラ１０は燃料電池システム１をシャットダウンするように構成されて良い（ステップ３２０）。

温度・エネルギ入力基準が満たされると（ステップ３１０、３１１）、コントローラは通常動作モード２４または冷却剤ポンプ１１の起動に進む。具体的には、冷却剤貯蔵モジュール内の冷却剤の温度が第２の予め定められた温度閾値を超えると（ステップ３１１）、ヒータからのさらなる加熱は必要ないと仮定して、コントローラは通常動作モード２４に進む。冷却剤ポンプの負荷（ｄｕｔｙ）が活性化され、通常の動作レベルに設定される。そうでなければ、ステップ３０６での活性化から１つ以上のヒータ１２に供給されるエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達するかそれを超えると、それらの活性化から予め定められたヒータ時間閾値に達するかそれを超えると（ステップ３１０）、当該方法は第２（冷却剤加熱）フェーズに進み、このフェーズの開始はステップ３２２で表され、冷却剤ポンプ１１が起動される。

この例において、冷却剤ポンプ１１は、当初、低温に起因するあらゆる不利な抵抗を克服し、冷却剤回路をより早く準備するために、通常の負荷よりも高く設定される。冷却剤ポンプ１１の負荷は、そのような初期期間の後、予め定められたレベルまで低減されて良い。

上述のように、第１のヒータ１２は、複数の第１のヒータを代表するものであって良い。同様に、第２のヒータ１３は、複数の第２のヒータを代表するものであって良い。第１および第２のヒータ１２、１３は、それらが熱を送達する冷却剤貯蔵モジュール３内の配置が異なっていてもよい。コントローラは、第２フェーズで、第１のヒータ１２に加えて、またはその代わりに第２のヒータ１３を作動させるように構成されて良い。冷却剤ポンプ１１の起動は、第１フェーズの終了および第２フェーズの開始とみなされ得ることが理解されるであろう。この例では、第２のフェーズの開始時に第１のヒータ１２が停止される。

第２段階への移行は、解凍された冷却剤が燃料電池アセンブリ２への送達に利用可能であり、水和および／または冷却に十分な量であるというコントローラによる（または測定による）推定に基づく。したがって、コントローラ１０は、冷却剤ポンプをより低い冷間動作流量レベルに低減する前に、冷却剤ポンプを高流量レベルに設定することにより、冷却剤送出導管を準備するように構成されて良い（ステップ３２２）。コントローラ１０は、燃料流量を増加させても良い（ステップ３２２）。

ステップ３２２にも示される第２段階は、コントローラ１０が、第１段階中に起動されるヒータとは異なる１つ以上のヒータ１３の漸進的な起動を提供することを含む。ヒータ１３は、活性化の間にヒータオン休止期間を設けて連続的に（個別にまたはグループで）活性化することができる。この例では、ヒータは冷却剤貯蔵モジュール内に配置されているけれども、他の例では、モジュール３の外部にあってよく、ただし、これはモジュール３に熱を供給する。さらに、ヒータ１３は、独立して制御可能な２つのセクションを表し、２つの別個のヒータ要素として効果的に機能する。この例では、コントローラ１０は、ヒータ要素１３のセクションを順次作動させるように構成されている。コントローラ１０は、ヒータに電力を供給するためにヒータスイッチに命令を送ることができ、または、コントローラ１０は、ヒータに直接電力を送ることができる。ヒータの電力は、燃料電池アセンブリによって生成される電気エネルギから部分的または完全に取得できる。１つ以上のヒータの漸進的な作動は、順次作動の代替として、またはそれに加えて、そこに供給される電力を漸進的に増加させることを含んで良い。

コントローラ１０は、冷却剤ポンプが作動し、第２のヒータ１３またはヒータセクションが作動すると、燃料電池システム１の性能の監視を提供する。限られた量の冷却剤が利用できるようになったため、燃料電池システムの電気的性能は改善されるはずであるけれども、コントローラは（電気的）性能を監視して、利用可能な冷却剤が限られているため負荷によって燃料電池アセンブリが悪影響を受けないことを保証するように構成されている。具体的には、燃料電池アセンブリおよび／または個々の燃料電池の電気的性能は、燃料電池アセンブリに対する電気負荷の影響を決定するために監視される。したがって、燃料電池システム１の電気的性能に基づいて負荷を修正し、予め定められた制限内で動作することを保証するために、コントローラによってアクションをとることができる。したがって、通常運転に必要な冷却液のすべてではないが一部が利用可能な場合の燃料電池システム１の負荷の管理は、効果的な起動に有益である。

ステップ３２２の漸進的な作動およびスタック性能が閾値レベルを超えて維持された後、すべてのヒータ１３が首尾よく稼働すると（ステップ３２３）、スタックから追加の電力が引き出され、任意のアプリケーションシステムに送られる（ステップ３２４）。このステップ３２４は、冷間開始ルーチン２２が開始されてからの燃料電池システムの「内部」システムへではなく、アプリケーションへの最初の電力供給を表して良い。アプリケーションに供給されるこの電力は、典型的には、燃料電池システム正味電力と呼ばれ、これは、燃料電池アセンブリ自体では使用されず、燃料電池アセンブリが電力を供給できるアプリケーションシステムで消費される。

つぎに、コントローラ１０は、さらなる温度・エネルギ入力基準に達するのを待機するように構成される（ステップ３２７）。したがって、コントローラ１０は、冷却剤ポンプ１１およびヒータ１３が作動すると、燃料電池システムの電気的性能を監視し、さらなる温度・エネルギ入力基準が達成されるまで、必要に応じて負荷を制御するアクションをとるように構成される。

さらなる温度・エネルギ入力基準は、次のいずれかを含む。
冷却剤貯蔵モジュール内の冷却剤の温度が第３の予め定められた温度閾値を超える（ステップ３２７）；または、
ステップ３３１での起動から１つ以上のヒータ１３に供給されるエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達するかそれを超え、かつ、それらの起動からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に達するかそれを超える（ステップ３２７）。

ヒータエネルギ閾値は、ステップ３１０のヒータエネルギ閾値と同じであって良いけれども、この例では、ヒータエネルギ閾値は、ステップ３１０のヒータエネルギ閾値よりも小さい。この例のヒータ時間閾値は、ヒータ時間閾値よりも小さい。パート（ｂ）の閾値は、より小さくて良く、これは、第１に、第１のフェーズで供給されたエネルギの一部が解凍セクション（ヒータ１２の周り）からまだ凍結している可能性のあるセクション（ヒータ１３の周り）に伝導されているからであり、また、また、冷却剤が流れると、加熱された冷却剤が冷却剤貯蔵モジュールに戻されて解凍が促進される場合があるからである。第３の予め定められた温度閾値は、第１の温度閾値と同じかそれより高くても低くても良い。

さらなる温度・エネルギ入力基準が満たされると、コントローラ１０は、冷却剤の温度が第３の予め定められた温度閾値を超えていることを識別するか（冷却液モジュールの温度センサがそのことを示す場合）、または十分な冷却剤が解凍されたと推定し（ヒータに供給されたエネルギとそれらがアクティブになった時間に基づいて）、したがって、アクティブなヒータ１２、１３を非アクティブにする（ステップ３２８）。つぎに、コントローラは、通常運転モード２４に進むことができ、これは、冷却剤流量を冷運転流量レベルよりも大きい通常運転流量レベルに設定し、燃料流量および／または酸化剤流量を制御して所望の化学量論比を得ることを要求して良い。コントローラ１０は、通常動作モード２４（ステップ３２１として示される）に戻る前に、カソード排気部７を出る流体の温度が予め定められたカソード出口温度を超えることを確認して良い（ステップ３３０）。温度が予め定められたカソード出口温度よりも低い場合、コントローラは通常の動作に戻る前に待機する場合がある。

コントローラ１０は、第２段階において、燃料電池の性能がさらなる燃料電池の低性能閾値を下回るか否かを判定するように構成される（ステップ３２５および３２６）。燃料電池の性能は、ステップ３２２でヒータのプログレッシブ起動が進行中のときと、ステップ３２４でアプリケーションに正味電力が供給されたときの両方で監視される。

さらなる低性能閾値が満たされる場合、コントローラはさらなる回復プロセスを実行するように構成される（ステップ３３１）。

この実施例において、さらなる燃料電池低性能閾値（ステップ３２５および３２６）は以下を含む。
燃料電池アセンブリ２の電圧出力は、第７の予め定められたアセンブリ電圧閾値未満である；そして、
燃料電池アセンブリの最低電圧を持つ当該燃料電池アセンブリの燃料電池の電圧は、７番目のセル電圧閾値を下回っている。

条件（ａ）および（ｂ）の一方または両方のみを燃料電池の低性能閾値の一部として使用できることが理解されよう。

このフェーズでは、燃料電池アセンブリは利用可能な冷却剤の流れで動作しているため、第７の予め定められたアセンブリ電圧閾値は、コンプレッサ・ランプドアップ・アセンブリ電圧閾値よりも実質的に高い値を含み得る。同様に、第７のセル電圧閾値は、コンプレッサ・ランプドアップ・セル電圧閾値よりも実質的に高い値を含み得る。

さらなる燃料電池の低性能閾値に達した場合、さらなる回復プロセス３３１は、コントローラがステップ３２４から進んだ場合に電気出力（正味電力出力など）を制限すること、または１つ以上のヒータを非アクティブ化（または供給電力を削減）することを含む。他の例では、電気出力の制限は、出力を次のうちの１つ以上に制限することを含んで良く、これは
アプリケーション（車両など）への正味電力供給；
ヒータ；
酸化剤の流れを提供するためのコンプレッサ；
（ａ）〜（ｃ）の組み合わせ；または、
燃料電池アセンブリの総電気出力を、その電気出力を受け取るものに関係なく制限して良い。

電気出力の制限は、電気出力の予め定められた制限、現在の電気出力の予め定められた割合、またはさらなる低性能閾値値が満たされなくなるまで電気出力を予め定められた制限閾値まで徐々に制限することを含んで良い。

電気出力の制限により、予め定められた時間枠内で低性能閾値が満たされなくなったことをコントローラが検出した場合、コントローラは、冷却剤温度が第４の予め定められた温度閾値を超えてカソードが上昇し、かつカソード排気温度が予め定められたカソード排気温度を上回るまで待機し（ステップ３３２）、こののち、ステップ３２１に進み、通常動作モード２４に進む。

ステップ３３１で実行される燃料電池システムの電気出力を制限するステップが、予め定められた時間枠内で電気出力または燃料電池アセンブリの性能をさらに低い性能閾値を超えるには不十分な場合、コントローラは燃料を燃料電池システムをシャットダウンするように構成される（ステップ３３３）。これは、１つまたは複数のヒータの非アクティブ化後に低パフォーマンス閾値が満たされることと考えらえる場合がある。

上述の説明では、さまざまな閾値を上回るまたは下回る測定値を参照している。閾値は、文脈に応じて、関連する閾値以上を意味する場合があり、閾値を下回ることは関連する閾値以下を意味することもあることを理解されたい。

上述のコントローラ１０は、単一の処理ユニットである必要はなく、燃料電池システム全体に配置されるか、または燃料電池システムから離れて配置される１つ以上の処理ユニットを備えてもよい。したがって、コントローラ１０は、上述のタスクの一部またはすべてを実行することができ、説明した残りのタスクを実行するための他のコントローラ／センサに制御信号を供給して良い。

異なる参照番号でラベル付けされていても、個々の部品および要素が特定の実装に適用されるときの説明は、他に明示的に述べられていない限り、すべての実装に適用されて良い。

本開示は様々な図の様々な態様に関連して説明されてきたが、その広い発明概念から逸脱することなく上述の態様に変更を加えることができることが当業者によって理解されるであろう。したがって、本開示は開示された特定の態様に限定されず、特許請求の範囲によって定義されるような本開示の精神および範囲内の修正を包含することを意図していることに留意されたい。

別々の実装形態の文脈で上述した本開示の特徴は、単一の実装形態において組み合わせて提供することができる。逆に、単一の実装形態の文脈で説明されている本開示の様々な特徴は、また、別々に、または、任意の組み合わせとして実現されて良い。最後に、一実装形態は一連のステップの一部またはより一般的な構造の一部として説明することができるが、各ステップはそれ自体で他のものと組み合わせることができる独立した実装形態と考えることができる。

Claims (18)

1. 燃料電池アセンブリに冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置された上記燃料電池アセンブリ中の複数の燃料電池への燃料流および酸化剤流から電力を生成するように構成された燃料電池システムを動作させる方法において、
   上記冷却剤貯蔵モジュールの凍結された冷却剤を加熱するように構成された１または複数のヒータを駆動するステップと、
   上記燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を下回ること、および／または、上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第１の電池電圧閾値を下回ることを含む低性能閾値に基づいて、上記酸化剤流および／または上記燃料流を供給するように構成されたコンプレッサを供給するステップと、
   上記駆動されたヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む第１の回復ルーチンを実行するステップと、
   第１の予め定められた時間間隔内において、燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第２の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回ること、および／または、上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第２の電池電圧閾値を上回ることを含む回復閾値が満たされるならば、上記ヒータのうちの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行し、
   そうでないならば、上記冷却剤貯蔵モジュールへの熱の供給を継続しながら上記コンプレッサに供給される電力を減少させることを含む、他の回復ルーチンを実行するステップとを有することを特徴とする上記方法。
2. 上記他の回復ルーチンはさらに第２の予め定められた時間間隔を待機するステップと、
   第２の予め定められた時間間隔において、上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第３の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回り、かつ／また、上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第３の電池電圧閾値を上回るならば、上記ヒータ駆動手順を実行し；
   そうでない場合には上記燃料電池アセンブリの電気出力を制限するステップとを有する請求項１記載の上記方法。
3. 上記電気出力を制限するステップは、上記燃料電池システムをシャットダウンすることを含む請求項１または請求項２に記載の上記方法。
4. 上記方法は複数のヒータを駆動させることに続いて実行され、かつ、上記第１の回復ルーチンは上記複数のヒータを漸進的に駆動停止することを含む請求項１〜３のいずれかに記載の上記方法。
5. 上記方法は、第２の回復ルーチンを含み、上記第２の回復ルーチンは、上記低性能閾値が第２の時間間隔の間において満たされるならば実行され、上記第２の回復ルーチンは上記駆動されたヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止するステップと、
   第３の予め定められた時間間隔内において、燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第４の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回ること、および／または、上記燃料電池の１つまたは複数の電圧が第４の電池電圧閾値を上回ることを含む第２の回復閾値が満たされるならば、上記ヒータのうちの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行し、
   そうでないならば、上記燃料電池システムの電気負荷を減少させるステップとを有する請求項１〜４のいずれかに記載の上記方法。
6. 上記他の回復ルーチンは、予め定められた時間間隔の間、上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第５の予め定められたアセンブリ電圧閾値より小さいか、または上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第５の電池電圧閾値より小さい場合に、実行される請求項１〜５のいずれかに記載の上記方法。
7. 上記低性能閾値が満たされ、かつ対応する回復閾値が満たされるたびに、上記方法はより長い予め定められた時間間隔だけ待機し、これに続けて、上記ヒータの１つまたは複数を駆動することを含むヒータ駆動手順を実行する請求項６記載の上記方法。
8. 上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が予め定められた温度閾値を上回ること、
   上記ヒータに上記駆動時から供給されたエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達し、または上回ること、
   上記ヒータの駆動時からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に達し、または上回ること、
   カソード排気の温度が予め定められたカソード排気温度閾値を上回ること、
   上記低性能閾値が予め定められた回数満たされること、および
   タイムアウト期間が経過すること
   のうちの１つまたは複数の条件が満たされるまで上記方法を実行する請求項７記載の上記方法。
9. 上記冷却剤貯蔵モジュールから任意の冷却剤が上記燃料電池システムに利用可能になる前であること、
   上記燃料電池システムまたは周囲環境の温度が温度閾値を下回っていること、
   上記冷却剤モジュールから冷却剤をポンプ駆動するように構成された冷却剤ポンプの駆動の前であること、
   冷却剤貯蔵モジュールへ供給されるエネルギの計測値が予め定められたエネルギ入力閾値に達し、または上回るまでであること、
   上記ヒータに電力が供給される時間が予め定められたエネルギ入力時間閾値に達し、または上回るまでであること、
   上記燃料電池システムから離れる上記酸化剤流の温度が予め定められたカソード温度閾値に達しまたは上回ること
   という条件のうちの１つまたは複数の条件の下で、上記方法が実行される請求項７または請求項８に記載の上記方法。
10. 複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置される、上記燃料電池システムを動作させる方法において、当該方法は、上記冷却剤貯蔵モジュールから上記燃料電池アセンブリへ冷却剤を搬送するように構成された冷却剤ポンプを駆動する前に、かつ、上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が冷却剤温度閾値を下回るときに、実行され、
    上記冷却剤貯蔵モジュールの凍結された冷却剤を加熱するように構成された１または複数のヒータを駆動するステップと、
    上記燃料電池アセンブリの燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を下回ること、および／または、上記燃料電池のうちの１つまたは複数が第１の電池電圧閾値を下回ることに基づいて、
    上記燃料電池アセンブリの電気出力を制限し、かつ、少なくとも、上記燃料電池アセンブリの動作によって加熱された冷却剤を上記冷却剤貯蔵モジュールに回帰させてそのエネルギの少なくとも一部を上記冷却材に付与することによって、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するステップとを有することを特徴とする上記方法。
11. 上記電気出力を制限するステップは、上記１つまたは複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む請求項１０記載の上記方法。
12. 上記電気出力を制限するステップは、上記燃料電池システムによって電力供給されるように構成された負荷に供給される電気出力を制限することに組み合わせて、上記１つまたは複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止することを含む請求項１０記載の上記方法。
13. 上記方法は、
    上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が上記冷却剤温度閾値に達し、または上回ることを検出してときに、
    上記冷却剤ポンプによって供給される流量を増加させること、
    上記酸化剤流量および上記燃料流量を調整して予め定められた化学量論比を満たすこと、
    上記１つまたは複数のヒータを駆動停止すること
    のうちの１つまたは複数を実行するステップを有する上記方法。
14. 上記方法は、上記１つまたは複数のヒータの駆動に続けて、かつ、（ａ）上記燃料電池アセンブリの上記燃料電池を横切る電圧が第１の予め定められたアセンブリ電圧閾値を上回り、かつ／また、（ｂ）上記年老電池の１つまたは複数の電圧が第１の電池電圧閾値を上回るという条件の下で、
    予め定められた条件がひとたび真であれば、上記１つまたは複数のヒータを駆動停止することを有し、上記予め定められた条件は、
    上記１つまたは複数のヒータにその駆動時から供給されたエネルギが予め定められたヒータエネルギ閾値に達し、またはうわまわり、かつ上記駆動時からの時間が予め定められたヒータ時間閾値に達し、または上回るときに、
    真になる、請求項１０〜１３のいずれかに記載の上記方法。
15. 複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置される、上記燃料電池システムを動作させる方法において、上記方法は上記冷却剤貯蔵モジュール中の上記冷却剤の温度が冷却剤温度閾値を下回るときに実行され、上記冷却剤貯蔵モジュールから上記燃料電池アセンブリへ冷却剤を搬送するように構成された冷却剤ポンプの駆動に先立って実行される第１のフェーズと、
    上記冷却剤ポンプの駆動後に実行される第２のフェーズとを有し、
    上記方法は、
    上記第１のフェーズにおいて、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するように構成された１つまたは複数のヒータを駆動し、かつ、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能が低性能閾値を満たすならば、少なくとも１つの駆動中のヒータを維持したままで上記複数のヒータのうちの１つまたは複数を駆動停止するステップと、
    上記第２のフェーズにおいて、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するように構成された複数のヒータを駆動し、かつ、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能が他の低性能閾値を満たすならば、１つまたは複数のヒータを駆動停止し、上記燃料電池アセンブリの動作によって加熱された冷却剤を上記冷却剤貯蔵モジュールに回帰させてそのエネルギの一部を上記冷却剤に付与させることによって、上記冷却剤貯蔵モジュール中の冷却剤を加熱するステップとを有することを特徴とする上記方法。
16. 上記第１のフェーズは、上記酸化剤を上記燃料電池アセンブリに供給するように構成されたコンプレッサを制御して上記燃料電池アセンブリの電気負荷を減少させることを含む請求項１５に記載の上記方法。
17. 上記第１のフェーズおよび／または上記第２のフェーズは、上記複数のヒータのうちの上記１つまたは複数の駆動停止に続けて、上記燃料電池アセンブリの電気的性能を監視し、上記電気的性能がさらに他の低性能閾値を満たす場合に、上記燃料電池システムをシャットダウンするステップを有する請求項１５または請求項１６に記載の上記方法。
18. 複数の燃料電池から成る燃料電池アセンブリを有する燃料電池システムであって、上記燃料電池は当該燃料電池への燃料流および参加剤流から電力を生成するように構成され、上記燃料電池アセンブリは、当該燃料電池アセンブリへ冷却剤流を供給するように構成された冷却剤貯蔵モジュールと組み合わせて配置され、上記冷却剤貯蔵モジュールはそこに貯蔵された冷却剤を加熱するための１つまたは複数のヒータに関連付けられる、上記燃料電池システムのためのコントローラにおいて、上記コントローラは先行する請求項のいずれかに記載の上記方法に応じれ動作するように構成されることを特徴とするコントローラ。

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