DE102014222199A1 - Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür - Google Patents

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Ltd. Kamiyama Tomohisa. c/o Honda R&D Co.
c/o Honda R&D Co. Ltd. Hamachi Masakazu
c/o Honda R&D Co. Ltd. Yamamoto Takashi
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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem enthält einen Brennstoffzellenstapel mit einer Membranelektrodenanordnung und einem internen Reaktionsgaskanal, eine Einheit, die eine aktuell rückgehaltene Wassermenge (R.W.Q.) erfasst oder schätzt, und eine Stromerzeugungssteuereinheit mit einem Normalzeitmodus, einem Normalzeittrocknungsmodus und einem Stoppzeittrocknungsmodus. Im Normalzeittrocknungsmodus wird der Brennstoffzellenstapel veranlasst, elektrische Energie zu erzeugen, während er stärker als im Normalzeitmodus getrocknet wird, bis die Ist-R.W.Q. auf eine Soll-R.W.Q. abnimmt. Wenn bei einer Erfassung einer Systemstoppanweisung im Stoppzeittrocknungsmodus die Ist-R.W.Q. gleich oder größer als ein Flutungsschwellenwert ist, wird der Brennstoffzellenstapel veranlasst, elektrische Energie zu erzeugen, während er stärker getrocknet wird als im Normalzeittrocknungsmodus, bis die Ist-R.W.Q. auf eine Soll-R.W.Q abnimmt.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Vorteil der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-229708 , eingereicht am 5. November 2013, deren gesamte Inhalte unter Bezugnahme aufgenommen werden.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerverfahren dafür.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Ein Brennstoffzellenstapel, in dem als Stromquelle in einem Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen verwendete Brennstoffzellen elektrische Energie erzeugen, ist zum Beispiel durch Stapeln einer Mehrzahl von Einzelzellen aufgebaut. Jede Einzelzelle enthält eine MEA (Membranelektrodenanordnung), sowie einen Anodenseparator und einen Kathodenseparator, die die MEA zwischen sich aufnehmen. Ein interner Anodenkanal ist in dem Anodenseparator ausgebildet, der in der Form von Nuten oder Löchern ist und einen Kanal für Wasserstoff (Brenngas) bildet, der der Anode zugeführt und von dieser abgeführt wird. In der gleichen Weise ist ein interner Kathodenkanal in dem Kathodenseparator ausgebildet, der in der Form von Nuten oder Löchern ist und einen Kanal für sauerstoffhaltige Luft (Oxidationsgas) bildet, die der Kathode zugeführt und von dieser abgeführt wird.
  • Wenn ein solcher Brennstoffzellenstapel elektrische Energie erzeugt, wird in der Kathode Wasserdampf (Feuchtigkeit) erzeugt, und ein Teil des erzeugten Wassers durchdringt eine Elektrolytmembran zur Anodenseite hin. Um darüber hinaus die Elektrolytmembran im feuchten Zustand zu halten, wird zum Beispiel die sich zur Kathode bewegende Luft mit einem Befeuchter befeuchtet. Jedoch ist die Innenseite des Brennstoffzellenstapels in einem feuchten Zustand, und Feuchtigkeit wird in der Form von Gas oder Flüssigkeit im Brennstoffzellenstapel zurückgehalten, insbesondere in dem internen Anodenkanal und dem internen Kathodenkanal.
  • Hier wird Feuchtigkeit, die in dem internen Anodenkanal und dem internen Kathodenkanal zurückgehalten wird, als Rückhaltewasser bezeichnet. Insbesondere bedeutet Rückhaltewasser in dem Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellen) Wasser, das in dem internen Anodenkanal und dem internen Kathodenkanal zurückgehalten wird (dort verbleibt), und Wasser, das an der Oberfläche der MEA anhaftet. In anderen Worten, das in dem Brennstoffzellenstapel Rückhaltewasser ist Wasser in dem Brennstoffzellenstapel, und bedeutet Wasser, das beim Transport von Protonen in der Elektrolytmembran nicht direkt involviert ist. Darüber hinaus wird ein Zustand, in dem zu viel Wasser an der Oberfläche der MEA anhaftet, Flutung (Zustand) genannt. Im Flutungszustand macht es ein Überschuss von Rückhaltewasser schwierig, dass Wasserstoff und Luft der MEA zugeführt werden, und daher sinkt die elektrische Stromerzeugungsleistung (Ausgangsleistung (W)) der MEA (des Brennstoffzellenstapels).
  • Um dies zu vermeiden, ist eine Technik zum Abführen von Rückhaltewasser vorgeschlagen worden, wenn bei normaler Zeit eines Brennstoffzellensystems (während normaler Stromerzeugung eines Brennstoffzellenstapels) bestimmt wird, dass die Menge des Rückhaltewassers gleich oder mehr als eine vorbestimmte Menge ist, um eine Abnahme der elektrischen Stromerzeugungsleistung aufgrund solcher Flutung zu vermeiden (s. Patentdokument 1: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-052937 ).
  • Jedoch berücksichtigt das Patentdokument 1 kein Wasser, das während einer Stoppzeit des Brennstoffzellensystemen zurückgehalten wird (bei einer Stromerzeugungsstoppzeit des Brennstoffzellenstapels). Wenn zum Beispiel eine Systemstoppanweisung (Stromerzeugungsstoppanweisung) unmittelbar nach Stromerzeugung unter hoher Last, während eines Aufwärmbetriebs oder unmittelbar nach dem Aufwärmbetrieb erfasst wird, bleibt eine große Menge von Rückhaltewasser zurück, und daher wird das Brennstoffzellensystem in einen Stoppzustand gebracht. Wenn hier der Brennstoffzellenstapel elektrischen Strom unter hoher Last erzeugt, nämlich eine Leistung des Brennstoffzellenstapels zunimmt, nimmt die Menge der mit der Stromerzeugung erzeugten Feuchtigkeit zu und nimmt dementsprechend auch das Rückhaltewasser zu. Darüber hinaus ist das Aufwärmsystem für den Brennstoffzellenstapel in diesem Fall zum Beispiel ein System, das die Leistung des Brennstoffzellenstapels erhöht, um die mit der Stromerzeugung selbsterzeugte Wärme zu erhöhen, um hierdurch den Brennstoffzellenstapel aufzuwärmen.
  • In einem Fall, wo eine große Menge von Rückhaltewasser somit rückgehalten wird, macht es, wenn das System das nächste Mal aktiviert wird, die große Menge an Rückhaltewasser schwierig, dass Wasserstoff und Luft dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden, und könnte eine Verzögerung beim Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels verursachen. Wenn darüber hinaus in einem Fall, wo eine große Menge von Rückhaltewasser rückgehalten wird, die Außentemperatur auf Null Grad Celsius oder darunter abfällt, könnte das Rückhaltewasser gefrieren.
  • Um dies zu vermeiden, ist eine Technik vorgeschlagen worden, um, nach einem Stromerzeugungsstopp eines Brennstoffzellenstapels, einem internen Anodenkanal Luft als Spülgas zuzuführen, und Rückhaltewasser mit dem Spülgas aus dem Brennstoffzellenstapel hinauszudrücken, um den Brennstoffzellenstapel zu spülen (s. Patentdokument 2: japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-266689 ).
  • Jedoch bringt Patentdokument 2 Probleme darin, dass eine Spülgaszuführeinheit (Vorrichtung) zum Zuführen von Spülgas zu dem internen Anodenkanal erforderlich ist, und daher die Abmessung des Systems größer wird, und dass die Aktivierungsenergie (elektrischer Strom oder dergleichen) für die Spülgaszuführeinheit nach dem Stromerzeugungsstopp des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, das Rückhaltewasser in einem Brennstoffzellenstapel bei Normalzeit und Stoppzeit des Systems verringern kann, ohne die Abmessung des Systems zu vergrößern, sowie ein Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Als Mittel zur Lösung der obigen Probleme sieht die vorliegende Erfindung, als einen Aspekt davon, ein Brennstoffzellensystem vor, welches enthält: eine Brennstoffzelle, die eine Membranelektrodenanordnung aufweist, die eine Elektrolytmembran enthält, sowie einen internen Reaktionsgaskanal, durch den der Membranelektrodenanordnung zugeführtes und davon abgegebenes Reaktionsgas fließt; eine Rückhaltewassermengenerfassungseinheit, die eine Istrückhaltewassermenge erfasst oder schätzt, die eine gegenwärtige Menge von Rückhaltewasser ist, das in dem internen Reaktionsgaskanal rückgehalten wird; sowie eine Stromerzeugungssteuereinheit, die die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels steuert/regelt, wobei die Stromerzeugungssteuereinheit einen Normalzeitmodus, einen Normalzeittrocknungsmodus und einen Stoppzeittrocknungsmodus aufweist; wobei der Normalzeitmodus ein Modus ist, in dem die Brennstoffzelle dazu veranlasst wird, in Reaktion auf eine angeforderte Last normal elektrische Energie zu erzeugen; wobei der Normalzeittrocknungsmodus ein Modus ist, in dem, wenn die Istrückhaltewassermenge gleich oder größer als ein Flutungsschwellenwert ist, bei dem Fluten erzeugt wird, die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker getrocknet wird als im Normalzeitmodus, bis die Istrückhaltewassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abgenommen hat; und der Stoppzeittrocknungsmodus ein Modus ist, in dem, wenn die Istrückhaltewassermenge gleich oder größer als der Flutungsschwellenwert ist, während eine Systemstoppanweisung erfasst wird, die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker getrocknet wird als im Normalzeittrocknungsmodus, bis die Istrückhaltewassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abgenommen hat.
  • Wenn gemäß dieser Konfiguration die Istrückhaltewassermenge gleich oder größer als der Flutungsschwellenwert ist, veranlasst die Stromerzeugungssteuereinheit, dass das System im Normalzeittrocknungsmodus aktiviert (betrieben) wird, indem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker getrocknet wird als im Normalzeitmodus, bis die Istrückhaltewassermenge auf die Sollrückhaltewassermenge abgenommen hat. Dies bewirkt, dass die Istrückhaltewassermenge auf die Sollrückhaltewassermenge bei Normalzeit abnimmt. Dementsprechend kann bei Normalzeit Reaktionsgas einer MEA (Membranelektrodenanordnung) zugeführt werden, ohne dass sie durch Rückhaltewasser verstopft, und daher eine elektrische Stromerzeugungsleistung der MEA niemals abnimmt.
  • Wenn darüber hinaus während Erfassung der Systemstoppanweisung die Istrückhaltewassermenge gleich oder mehr als der Flutungsschwellenwert ist, veranlasst die Stromerzeugungssteuereinheit, dass das System im Stoppzeittrocknungsmodus aktiviert wird, indem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie noch stärker getrocknet wird als im Normalzeittrocknungsmodus, bis die Istrückhaltewassermenge auf die Sollrückhaltewassermenge abgenommen hat. Dies bewirkt, dass bei der Stoppzeit die Istrückhaltewassermenge auf die Sollrückhaltewassermenge absinkt. Daher wird in dem Zustand, in dem die Istrückhaltewassermenge auf die Sollrückhaltewassermenge abnimmt, die Stromerzeugung der Brennstoffzelle gestoppt und werden die Brennstoffzelle und das System in Stoppzustände gebracht. Dementsprechend wird erschwert, dass die Brennstoffzelle während des Systemstopps gefriert. Darüber hinaus kann bei der nächsten Aktivierung des Systems Reaktionsgas einer MEA (Membranelektrodenanordnung) zugeführt werden, ohne dass die durch Rückhaltewasser verstopft, und daher eine elektrische Stromerzeugungsleistung der MEA niemals abnimmt.
  • Da ferner die Stromerzeugungssteuereinheit konfiguriert ist, um die Brennstoffzelle zu trocknen, während veranlasst wird, dass die Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, und nicht konfiguriert ist, um die Brennstoffzelle mit Spülgas und/oder Wärme einer elektrischen Heizung zu trocknen, sind keine Spülgaszuführeinheit zum Zuführen von Spülgas, kein elektrischer Heizer und dergleichen erforderlich. Dies verhindert, dass die Abmessung des Brennstoffzellensystems größer wird, und kommt ohne Aktivierungsenergie (elektrischer Strom oder dergleichen) zum Aktivieren der Spülgaszuführeinheit und/oder des elektrischen Heizers aus.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt eine Temperatur der Brennstoffzelle im Stoppzeittrocknungsmodus weiter anheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Stromerzeugungssteuereinheit eine Temperatur der Brennstoffzelle im Stoppzeittrocknungsmodus weiter anhebt als im Normalzeittrocknungsmodus, ist es möglich, dass Rückhaltewasser rasch zu verdampfen und das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt einen Druck von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle hindurchfließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker erhöhen als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Stromerzeugungseinheit den Druck des Oxidationsgases, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker erhöht als im Normalzeittrocknungsmodus, ist es möglich, das Rückhaltewasser rasch zu verdampfen, während das Rückhaltewasser rasch aus dem internen Reaktionsgaskanal gedrückt wird, um das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
  • Übrigens wird das Reaktionsgas grob in Brenngas wie etwa Wasserstoff und Oxidationsgas wie etwa sauerstoffhaltige Luft unterteilt. Darüber hinaus wird der interne Reaktionsgaskanal grob in einen internen Brenngaskanal, durch den Brenngas fließt, und einen internen Oxidationsgaskanal, durch den das Oxidationsgas fließt, unterteilt.
  • Darüber hinaus kann im obigen Brennstoffzellensystem die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt eine Strömungsrate von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker erhöhen als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker erhöht als im Normalzeittrocknungsmodus, ist es möglich, das Rückhaltewasser rasch zu verdampfen, während das Rückhaltewasser rasch aus dem internen Reaktionsgaskanal hinausgedrückt wird, um das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem das System ferner einen Brenngaszirkulationskanal enthalten, der erlaubt, dass das von der Brennstoffzelle abgegebene Brenngas dort hindurch zirkuliert; sowie eine Zirkulationsmengensteuereinheit, die die Zirkulationsmenge des durch den Brenngaszirkulationskanal zirkulierenden Brenngases steuert/regelt; und die Stromerzeugungssteuereinheit kann bevorzugt bewirken, dass die Zirkulationsmengensteuereinheit die Zirkulationsmenge des Brenngases im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus erhöht.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Stromerzeugungssteuereinheit bewirkt, dass die Zirkulationsmengensteuereinheit die Zirkulationsmenge des Brenngases im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus erhöht, fließt das zirkulierende Brenngas durch den internen Brenngaskanal in der Brennstoffzelle. Dies macht es möglich, dass das zirkulierende Brenngas das Rückhaltewasser, das in dem internen Brenngaskanal rückgehalten wird, hinausdrückt, und das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt eine Strömungsrate von Brenngas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeitmodus erhöhen.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Brenngas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus erhöht, ist es möglich, Rückhaltewasser, das in dem internen Brenngaskanal rückgehalten wird, hinauszudrücken, und das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
  • Darüber hinaus kann im obigen Brennstoffzellensystem die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt einen Stromwert der Brennstoffzelle im Stoppzeittrocknungsmodus auf einen Stoppzeitstromwert setzen, wobei der Stoppzeitstrom im gestoppten Zustand eines Fahrzeugs zu verbrauchen ist.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird in dem Stoppzeittrocknungsmodus nach Erfassung einer Systemstoppanweisung der Stromwert der Brennstoffzelle auf den Stoppzeitstromwert gesetzt, wobei der Stoppzeitstrom im gestoppten Zustand eines Fahrzeugs zu verbrauchen ist. Dies bewirkt, dass die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie durch ein elektrisches Energieverbrauchsgerät verbraucht wird, und daher der gestoppte Zustand (der Zustand, in dem eine Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist) des Fahrzeugs (Brennstoffzellenfahrzeugs) beibehalten wird. Hierin enthält das elektrische Stromverbrauchsgerät Hilfseinrichtungen, die das Brennstoffzellensystem darstellen, zum Beispiel einen Kompressor, der Luft (Reaktionsgas) abführt, und eine Batterie (elektrische Speichervorrichtung), die elektrische Energie lädt und entlädt. Die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie des vom Stromverbrauchsgerät verbraucht wird, enthält nämlich eine Form, in der von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in die Batterie geladen wird (von dieser absorbiert wird).
  • Wenn in diesem Fall der Stoppzeitstromwert auf den Maximalwert (Obergrenze) eines Stroms gesetzt wird, der im gestoppten Zustand des Fahrzeugs zu verbrauchen ist, wird die mit der Stromerzeugung einhergehende selbsterzeugte Wärme der Brennstoffzelle erhöht, wodurch es möglich gemacht wird, das Trocknen der Brennstoffzelle zu erleichtern und den Systemstoppprozess frühzeitig zu beenden.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Stoppzeittrocknungsmodus bevorzugt kleiner sein als eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Da gemäß dieser Konfiguration die Sollfeuchtigkeitsmenge im Stoppzeittrocknungsmodus kleiner ist als die Sollfeuchtigkeitsmenge im Normalzeittrocknungsmodus, wird das während des Systemstopps Rückhaltewasser weniger als im Normalzeittrocknungsmodus. Dies macht es schwieriger, dass während des Systemstopps Tau-Kondenswasser erzeugt wird, und macht es möglich, eine Verschlechterung in der Elektrolytmembran und dergleichen zu verhindern.
  • In anderen Worten, da die Sollfeuchtigkeitsmenge im Normalzeittrocknungsmodus größer ist als die Sollfeuchtigkeitsmenge im Stoppzeittrocknungsmodus, ist die Aktivierungszeit im Normalzeittrocknungsmodus kürzer als im Stoppzeittrocknungsmodus, wodurch es möglich gemacht wird, die zur Aktivierung erforderliche Energie im Normalzeittrocknungsmodus weiter zu verringern als im Stoppzeittrocknungsmodus.
  • Darüber hinaus kann, im Falle der Erfassung einer Systemstoppanweisung, in dem obigen Brennstoffzellensystem eine Sollfeuchtigkeitsmenge, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems eine Niedertemperaturaktivierung ist, bevorzugt kleiner sein als eine Sollfeuchtigkeitsmenge, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems keine Niedertemperaturaktivierung ist.
  • Da gemäß dieser Konfiguration, im Falle der Erfassung einer Systemstoppanweisung, eine Sollfeuchtigkeitsmenge, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems eine Niedertemperaturaktivierung ist, kleiner als eine Sollfeuchtigkeitsmenge ist, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems keine Niedertemperaturaktivierung ist, wird Rückhaltewasser im Falle der Vorhersage, dass eine nächste Aktivierung des Systems eine Niedertemperaturaktivierung ist, mengenmäßig weniger. Dies erschwert es, dass das Rückhaltewasser während des Systemstopps gefriert, und macht es möglich, eine Verschlechterung in der MEA zu verhindern.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Brennstoffzellensystem das System ferner ein Anodensystem enthalten, das enthält: eine Brenngasspeichereinheit, in der Brenngas gespeichert wird, einen Brenngaszuführkanal, durch den Brenngas von der Brenngasspeichereinheit zur Brennstoffzelle fließt, einen Brenngasabführkanal, durch den Brenngas von der Brennstoffzelle fließt, einen Brenngaszirkulationskanal, der den Brenngaszuführkanal und den Brenngasabführkanal miteinander verbindet und erlaubt, dass Brenngas dort hindurchzirkuliert, sowie ein Abführventil, das Gas im Brenngasabführkanal zur Außenseite des Systems auswirft; und die Rückhaltewassermengenerfassungseinheit kann bevorzugt eine Menge des im Anodensystem rückgehaltenen Anodensystemrückhaltewassers erfassen oder schätzen, und wenn, basierend auf der Menge des Anodensystemrückhaltewassers eine Bestimmung erfolgt, dass eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird, kann die Stromerzeugungssteuereinheit bevorzugt den Normalzeittrocknungsmodus oder den Stoppzeittrocknungsmodus ausführen.
  • Da gemäß dieser Konfiguration, wenn eine Bestimmung erfolgt, dass eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird, die Stromerzeugungssteuereinheit den Normalzeittrocknungsmodus oder den Stoppzeitmodus ausführt, wird ein Gefrieren des Abführventils erschwert. Da ferner während des Systemstopps keine große Wassermenge im Anodensystem zurückbleibt, kann das Brennstoffzellensystem frühzeitig hochgefahren werden.
  • Darüber hinaus wird gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem angegeben, welches ausgestattet ist mit: einer Brennstoffzelle, die eine Membranelektrodenanordnung aufweist, die eine Elektrolytmembran enthält, sowie einen internen Reaktionskanal, durch den Reaktionsgas fließt, das der Membranelektrodenanordnung zugeführt und von dieser abgeführt wird; einer Rückhaltewassermengenerfassungseinheit, die eine aktuell rückgehaltene Wassermenge erfasst oder schätzt, die eine gegenwärtige Menge von Rückhaltewasser ist, das in dem internen Reaktionsgaskanal rückgehalten wird; und einer Stromerzeugungssteuereinheit, die die Stromerzeugung der Brennstoffzelle steuert/regelt, wobei das Steuerverfahren aufweist: einen Schritt, um, wenn die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als ein Flutungsschwellenwert ist, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu bewirken, dass das System in einem Normalzeittrocknungsmodus aktiviert wird, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker getrocknet wird als in einem Normalzeitmodus, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, in Antwort auf eine angeforderte Last normal elektrische Energie zu erzeugen, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abnimmt; und einen Schritt, um, wenn bei der Erfassung einer Systemstoppanweisung die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als der Flutungsschwellenwert ist, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu veranlassen, dass das System in einem Stoppzeittrocknungsmodus aktiviert wird, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker als im Normalzeittrocknungsmodus getrocknet wird, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abnimmt.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Steuerverfahren ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Temperatur der Brennstoffzelle in Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Steuerverfahren ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit einen Druck von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Steuerverfahren ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Brennstoffzellensystem ferner einen Brenngaszirkulationskanal enthalten, der erlaubt, dass von der Brennstoffzelle abgeführtes Brenngas dort hindurch zirkuliert, sowie eine Zirkulationsmengensteuereinheit, die die Zirkulationsmenge des durch den Brenngaszirkulationskanal zirkulierenden Brenngases steuert/regelt, und das Steuerverfahren kann ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu veranlassen, dass die Zirkulationsmengensteuereinheit eine Zirkulationsmenge des Brenngases im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus erhöht.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Steuerverfahren ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Brenngas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus zu erhöhen.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Steuerverfahren ferner einen Schritt enthalten, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit einen Stromwert der Brennstoffzelle im Stoppzeittrocknungsmodus auf einen Stoppzeitstromwert zu setzen, wobei der Stoppzeitstrom im gestoppten Zustand eines Fahrzeugs zu verbrauchen ist.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Stoppzeittrocknungsmodus kleiner sein als eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Normalzeittrocknungsmodus.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem eine Sollfeuchtigkeitsmenge wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems eine Niedertemperaturaktivierung ist, im Falle der Erfassung einer Systemstoppanweisung, kleiner als eine Sollfeuchtigkeitsmenge sein, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems keine Niedertemperaturaktivierung ist.
  • Darüber hinaus kann in dem obigen Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem das Brennstoffzellensystem ferner ein Anodensystem enthalten, das eine Brenngasspeichereinheit enthält, in der Brenngas gespeichert wird; einen Brenngaszuführkanal, durch den Brenngas von der Brenngasspeichereinheit zur Brennstoffzelle fließt; einen Brenngasabführkanal, durch den Brenngas von der Brennstoffzelle fließt; einen Brenngaszirkulationskanal, der den Brenngaszuführkanal mit dem Brenngasabführkanal verbindet und erlaubt, dass Brenngas dort hindurch zirkuliert; sowie ein Abführventil, das Gas im Brenngasabführkanal zur Außenseite des Systems abführt, wobei das Steuerverfahren ferner enthalten kann: einen Schritt, um mittels der Rückhaltewassermengenerfassungseinheit eine Menge von Anodensystemrückhaltewasser, das im Anodensystem rückgehalten wird, zu erfassen oder zu schätzen; und einen Schritt, um, wenn basierend auf der Menge des Anodensystemrückhaltewassers eine Bestimmung erfolgt, dass eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit den Normalzeittrocknungsmodus oder den Stoppzeittrocknungsmodus auszuführen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, das das Rückhaltewasser in einer Brennstoffzelle bei Normalzeit und Stoppzeit des Systems vermindert, ohne die Abmessung des Systems zu vergrößern, sowie ein Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Normalzeitbetrieb des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Stoppzeitbetrieb des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführung repräsentiert.
  • 4 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Sollstromwert und einer Zunahme des Rückhaltewassers pro Zeiteinheit zeigt.
  • 5A und 5B sind Zeitdiagramme, die Betriebsbeispiele des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführung zeigen, wobei 5A ein Beispiel vom Normalzeitbetrieb zeigt, und 5B ein Beispiel vom Stoppzeitbetrieb zeigt.
  • 6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel vom Normalzeitbetrieb des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7A ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Sollstromwert und einer Sollluftströmungsrate zeigt, und 7B ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Sollstromwert und einem Sollkathodendruck zeigt.
  • 8A ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Sollstromwert und Rückhaltewasser zeigt, und 8B ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ausführungszeit im zweiten, dritten Stoppzeitmodus nach IG-AUS und Rückhaltewasser zeigt.
  • 9 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführung
  • Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben.
  • <<Konfiguration des Brennstoffzellensystems>>
  • Ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführung, die in 1 dargestellt ist, ist an einem nicht gezeigten Brennstoffzellenfahrzeug (mobilen Objekt) angebracht. Das Brennstoffzellensystem 1 ist ausgestattet mit einem Brennstoffzellenstapel 10, einem Anodensystem, das Wasserstoff (Brenngas, Reaktionsgas) den Anoden des Brennstoffzellenstapels 10 zuführt und von diesen abführt, einem Kathodensystem, das sauerstoffhaltige Luft (Oxidationsgas, Reaktionsgas) den Kathoden des Brennstoffzellenstapels zuführt und von diesen abführt, einem Kühlsystem, welches erlaubt, dass das Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel 10 zirkuliert, einem Stromenergieverbrauchersystem, das elektrische Energie (Ausgangsleistung) verbraucht, die von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird, sowie einer ECU (elektronischen Steuereinheit) 70, die diese Systeme und Teile der Steuerung des Brennstoffzellensystems 1 steuert/regelt.
  • <Brennstoffzellenstapel>
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 ist ein Stapel, der durch Stapeln einer Mehrzahl von (zum Beispiel 200 bis 400 Lagen) von Festpolymer-Einzelzellen 11 aufgebaut ist, und die Mehrzahl von Einzelzellen 11 seriell miteinander elektrisch verbunden sind. Jede Einzelzelle 11 enthält eine MEA (Membranelektrodenanordnung), und zwei Lagen eines Anodenseparators und eines Kathodenseparators, die leitfähige Eigenschaften haben und die MEA zwischen sich aufnehmen.
  • Die MEA enthält eine Elektrolytmembran (Festpolymermembran), die aus einer monovalenten Kationenaustauschermembran (zum Beispiel vom Perfluorsulfonsäuretyp) besteht, sowie eine Anode und eine Kathode, die die Elektrolytmembran zwischen sich aufnehmen.
  • Da die Elektrolytmembran feuchtigkeitdurchlässig ist, dringt zum Beispiel, wenn Rückhaltewasser in einem internen Anodenkanal 12 abnimmt, Rückhaltewasser in einem internen Kathodenkanal 13 durch die Elektrolytmembran und fließt zum internen Anodenkanal 12. Insbesondere führt das Entfernen von Rückhaltewasser einen vom internen Anodenkanal 12 und internen Kathodenkanal 13 zum Entfernen von Rückhaltewasser im anderen davon.
  • Die Anode und die Kathode sind primär aus einem leitfähigen porösen Element aufgebaut, wie etwa Kohlepapier, und tragen darauf Katalysatoren (Pt, Ru oder dergleichen) zum Bewirken von Elektrodenreaktionen in der Anode und der Kathode.
  • In dem Anodenseparator sind Durchgangslöcher (als interner Verteiler bezeichnet) ausgebildet, die sich in der Laminationsrichtung der Einzelzellen 11 erstrecken, und/oder Nuten, die sich in der Oberflächenrichtung der Einzelzellen 11 erstrecken, um der Anode jeder MEA Wasserstoff zuzuführen und von dieser abzuführen. Diese Durchgangslöcher und Nuten fungieren als interner Anodenkanal 12 (interner Brenngaskanal, interner Reaktionsgaskanal).
  • In dem Kathodenseparator sind Durchgangslöcher (als interner Verteiler bezeichnet) ausgebildet, die sich in der Laminationsrichtung der Einzelzellen 11 erstrecken, und/oder Nuten, die sich in der Oberflächenrichtung der Einzelzellen 11 erstrecken, um der Kathode jeder MEA Luft zuzuführen und von dieser abzuführen. Diese Durchgangslöcher und Nuten fungieren als interner Kathodenkanal 13 (Oxidationsgaskanal).
  • Wenn Wasserstoff über den internen Anodenkanal 12 jeder Anode zugeführt wird, verursacht dies eine Elektrodenreaktion, wie mit Ausdruck (1) angegeben, und wenn Luft über den internen Kathodenkanal (13) jeder Kathode zugeführt wird, verursacht dies eine Elektrodenreaktion wie mit Ausdruck 2 angegeben. Dies resultiert in der Erzeugung einer elektrischen Potentialdifferenz (Leerlaufspannung (OCV)) in jeder Einzelzelle 11. Wenn dann der Brennstoffzellenstapel 10 und eine externe Schaltung wie etwa ein Fahrmotor miteinander elektrisch verbunden werden, um Strom abzunehmen, erzeugt der Brennstoffzellenstapel 10 elektrische Leistung. 2H2 → 4H+ + 4e– (1) O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O (2)
  • Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 somit elektrische Leistung erzeugt, durchdringt ein Teil der Feuchtigkeit (Wasserdampf), die in der Kathode erzeugt wird, die Elektrolytmembran, um sich zur Anode hin zu bewegen. Dementsprechend werden Anodenabgas, das von der Anode abgegeben wird, und Kathodenabgas, das von der Kathode abgegeben wird, feucht. Darüber hinaus wird der Kathode zuzuführende Luft durch einen Befeuchter 32 befeuchtet, wie später beschrieben wird, und wird somit feucht.
  • Wenn hier die Feuchtigkeit an der Oberfläche der MEA anhaftet, so dass sie einen Wasserfilm bildet, können Wasserstoff und Luft auf der Anode und der Kathode getragene Katalysatoren nicht gut erreichen, und daher nimmt die IV-(Strommspannungs)-Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels 10 tendenziell ab.
  • Darüber hinaus sind in dem Anodenseparator und dem Kathodenseparator Nuten und/oder Löcher ausgebildet, durch die Kühlmittel zum Kühlen jeder Einzelzelle 11 fließt. Diese Nuten und/oder Löcher stellen einen Kühlmittelkanal 14 dar.
  • <Anodensystem>
  • Das Anodensystem enthält einen Wasserstofftank 21 (Brenngasspeichereinheit), ein normalerweise geschlossenes Absperrventil 22, einen Injektor 23 (Zirkulationsmengensteuereinheit), einen Ejektor 24, einen Gasflüssigkeitsseparator 25, eine Zirkulationspumpe 26 (Zirkulationsmengensteuereinheit), ein normalerweise geschlossenes Spülventil 27, ein normalerweise geschlossenes Ablassventil 28 und einen Drucksensor 29.
  • Der Wasserstofftank 21 ist ein Behälter, in dem unter hohen Druck Wasserstoff gespeichert wird. Der Wasserstoff 21 ist über ein Rohr 21a, das Absperrventil 22, ein Rohr 22a, den Injektor 23, ein Rohr 23a, den Ejektor 24 und ein Rohr 24a mit einem Einlass des internen Anodenkanals 12 verbunden. Wenn die ECU 70 bewirkt, dass das Absperrventil 22 geöffnet wird, und bewirkt, dass der Injektor 23 Wasserstoff injiziert (abführt), wird Wasserstoff im Wasserstofftank 21 durch das Rohr 21a und dergleichen dem internen Anodenkanal 12 zugeführt.
  • D. h., das Rohr 21a, das Rohr 22a, das Rohr 23a und das Rohr 24a stellen einen Brenngaszuführkanal dar, durch den Wasserstoff vom Wasserstofftank zu dem internen Anodenkanal 12 fließt.
  • Das Absperrventil 22 ist zum Beispiel ein elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil, das in Antwort auf eine Anweisung von der ECU 70 öffnet und schließt. Das Spülventil 27, das Ablassventil 28 und ein später beschriebenes Bypassventil 33 haben auch die gleiche Konfiguration.
  • Der Injektor 23 ist eine elektronisch gesteuerte/geregelte Wasserstoffinjektionsvorrichtung, in der eine Nadel mittels PWM-Regelung der ECU 70 hin und her angetrieben wird, um hierdurch, von seiner Düse, neuen Wasserstoff vom Wasserstofftank 21 intermittierend zu injizieren. Somit ist der Injektor 23 dazu ausgelegt, Wasserstoff zu injizieren, um einen Druck und eine Strömungsrate vom Wasserstoff zu steuern/zu regeln, der durch den internen Anodenkanal 12 fließt. Zum Beispiel wird mit zunehmender Länge der Einschaltzeit (Injektionszeit von Wasserstoff, EIN-Tastung) in einem vorbestimmten Intervall in dem Injektor 23 der Wasserstoffdruck hoch und nimmt die Strömungsrate vom Wasserstoff zu.
  • Darüber hinaus ist der Injektor 23 (Zirkulationsmengensteuereinheit) dazu ausgelegt, die Injektionsmenge des Wasserstoffs zu verändern, um hierdurch einen Unterdruck im Ejektor 24 zu verändern. Wenn der Unterdruck somit verändert wird, kann die Menge von Anoden-Abgas, das durch den Unterdruck anzusaugen ist, nämlich die Zirkulationsmenge des durch einen Brenngaszirkulationskanal (Rohr 25a und dergleichen) zirkulierenden Wasserstoffs gesteuert/geregelt werden. Insbesondere wenn die Injektionsmenge des Wasserstoffs vom Injektor 23 erhöht wird, wird der Unterdruck hoch und nimmt die Zirkulationsmenge des Wasserstoffs zu.
  • Der Ejektor 24 ist dazu ausgelegt, durch Injizieren von neuem Wasserstoff von Injektor 23 mit seiner Düse einen Unterdruck zu erzeugen, Anodenabgas im Rohr 26a durch den Unterdruck anzusaugen, den neuen Wasserstoff mit dem Anodenabgas zu vermischen und das Mischgas in dem internen Anodenkanal 12 zu injizieren.
  • Ein Auslass das internen Anodenkanals 12 ist über das Rohr 25a, den Gasflüssigkeitsseparator 25, ein Rohr 25b, die Zirkulationspumpe 26 und das Rohr 26a mit einem Einlass des Ejektors 24 verbunden. Dementsprechend wird Anoden-Abgas, das Wasserstoff vom internen Anodenkanal 12 enthält, durch das Rohr 25a und dergleichen in den Ejektor 24 aufgenommen. Dies erlaubt, dass Wasserstoff durch den internen Anodenkanal 12 zirkuliert.
  • D. h., der Brenngaszirkulationskanal, durch den vom internen Anodenkanal 12 abgegebener Wasserstoff zirkulieren darf, ist aus dem Rohr 25a, dem Rohr 25b und dem Rohr 26a aufgebaut. Der Brenngaszirkulationskanal verbindet nämlich den Brenngaszuführkanal (Rohr 23a und dergleichen) mit einem Brenngasabführkanal (Rohr 27a und dergleichen). Übrigens ist der Brenngasabführkanal, durch den Wasserstoff (Brenngas) von dem internen Anodenkanal 12 fließt, aus dem Rohr 25a, einem Abschnitt des Rohrs 25b, dem Rohr 27a und einem Rohr 27b aufgebaut.
  • Der Gasflüssigkeitsseparator 25 ist dazu ausgelegt, Wasser in Form von Flüssigkeit, die in dem Anoden-Abgas enthalten ist, wiederzugewinnen und abzutrennen. Das wiedergewonnene und abgetrennte Wasser wird vorübergehend in einem Tankteil gespeichert, das aus einem Bodenabschnitt des Gasflüssigkeitsseparators 25 dargestellt ist.
  • Das Tankteil ist über ein Rohr 25a, das ein Ablassventil 28 und ein Rohr 28b mit einem Verdünner (DLT) 35 verbunden. Wenn daher die ECU 70 bewirkt, dass das Ablassventil 28 geöffnet wird, wird Wasser im Gasflüssigkeitsseparator 25 durch das Rohr 28a und dergleichen zum Verdünner 35 abgeführt.
  • Die Zirkulationspumpe 26 ist eine Pumpe, die in dem oben beschriebenen Brenngaszirkulationskanal (Rohr 25a und dergleichen) vorgesehen ist und arbeitet in Antwort auf eine Anweisung von der ECU 70, um hierdurch das Anoden-Abgas zu pumpen, und steuert/regelt die Zirkulationsmenge des Wasserstoffs. Wenn eine Drehzahl der Zirkulationspumpe 26 erhöht wird, wird ein Abführdruck des Anoden-Abgases von der Zirkulationspumpe 26 hoch und nimmt dessen Abführmenge zu, um hierdurch die Zirkulationsmenge des Wasserstoffs zu erhöhen, der durch den Brenngaszirkulationskanal (Rohr 25a und dergleichen) zirkuliert.
  • Ein Zwischenabschnitt des Rohrs 25b ist über das Rohr 27a, das Spülventil 27 und das Rohr 27b mit dem Verdünner 35 verbunden. Das Spülventil 27 ist so eingestellt, dass es beim Hochfahren des Systems oder bei der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10 die ECU 70 geöffnet wird, wenn Verunreinigungen (Wasserdampf, Stickstoff etc.) einhergehend mit dem Wasserstoff, die durch das Rohr 25b zirkulieren, abgeführt (gespült) werden. Das Spülventil 27 ist nämlich ein Abführventil, das Gas im Rohr 27a (Brenngasabführkanal) nach außen abführt.
  • Übrigens ist die ECU 70 eingestellt, um zu bestimmen, dass die Verunreinigungen abgeführt werden müssen und das Spülventil 27 geöffnet werden muss, wenn zum Beispiel eine Spannung (Zellenspannung) der Einzelzelle 11, die den Brennstoffzellenstapel 10 darstellt, gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Zellenspannung wird. Die Zellenspannung wird zum Beispiel durch einen Spannungssensor (Zellenspannungsmonitor) erfasst, der eine Spannung der Einzelzelle 11 erfasst.
  • Der Drucksensor 29 ist an dem Rohr 24a so angebracht, dass er in der Lage ist, den Wasserstoffdruck (Istanodendruck) im internen Anodenkanal 12 zu erfassen. Der Drucksensor 29 ist dazu ausgelegt, einen erfassten Istanodendruck an die ECU 70 auszugeben. Übrigens ist die Anordnung des Drucksensors 29 nicht auf diese Ausführung beschränkt, und kann zum Beispiel auch am Rohr 25a vorgesehen sein.
  • <Kathodensystem>
  • Das Kathodensystem enthält einen Kompressor 31 (Oxidationsgaszuführeinheit), einen Befeuchter 32, ein normalerweise geschlossenes Bypassventil 33, ein normalerweise offenes Gegendruckventil 34, den Verdünner 35, einen Strömungsratensensor 36 und einen Drucksensor 37.
  • Der Kompressor 31 ist über ein Rohr 31a, den Befeuchter 32 und ein Rohr 32a mit einem Einlass des internen Kathodenkanals 13 verbunden. Wenn der Kompressor 31 in Antwort auf eine Anweisung von der ECU 70 arbeitet, wird sauerstoffhaltige Luft von der Außenseite des Fahrzeugs aufgenommen und vom Kompressor 31 verdichtet, und wird dann durch das Rohr 31a und dergleichen dem internen Anodenkanal 13 zugeführt.
  • Der Befeuchter 32 ist dazu ausgelegt, die dem internen Kathodenkanal 13 zuzuführende Luft zu befeuchten. Insbesondere enthält der Befeuchter 32 eine Hohlfasermembran 32d, die Feuchtigkeit austauschen kann, und bewirkt, dass die Hohlfasermembran 32d Feuchtigkeit zwischen der Luft und dem Kathodenabgas austauscht.
  • Das Rohr 31a ist über ein Rohr 33a, das Bypassventil 33 und ein Rohr 33b mit dem Rohr 32a verbunden. Wenn die ECU 70 bewirkt, dass das Bypassventil 33 geöffnet wird, fließt neue Luft durch das Rohr 33a und dergleichen und umgeht den Befeuchter 32.
  • Ein Auslass des internen Anodenkanals 13 ist über ein Rohr 32b, den Befeuchter 32, ein Rohr 32c, das Gegendruckventil 34 und ein Rohr 34a mit dem Verdünner 35 verbunden. Dementsprechend wird Kathodengas vom internen Kathodenkanal 13 durch das Rohr 32b und dergleichen dem Verdünner 35 zugeführt.
  • Das Gegendruckventil 34 ist ein normalerweise offenes Ventil, aufgebaut aus einem Klappenventil oder dergleichen, und dessen Öffnungsgrad wird von der ECU 70 gesteuert/geregelt. Insbesondere wenn der Öffnungsgrad des Gegendruckventils 34 klein gemacht wird, wird der Luftdruck (Istkathodendruck) im internen Kathodenkanal 13 hoch.
  • Der Verdünner 35 ist ein Behälter, in dem das durch das Spülventil 27 eingeführte Anoden-Abgas mit dem durch das Rohr 34a eingeführten Kathodenabgas (Verdünnungsgas) vermischt wird, und im Anoden-Abgas enthaltener Wasserstoff mit dem Kathodenabgas verdünnt wird, und enthält einen Verdünnungsraum innerhalb des Verdünners 35. Verdünntes Gas, das durch Vermischen des Anoden-Abgases mit dem Kathodenabgas erzeugt wird, wird über ein Rohr 35a zur Außenseite des Fahrzeugs abgegeben.
  • Der Strömungsratensensor 36 ist ein Sensor, der eine Massenströmungsrate (g/s) erfasst, und ist in der Nähe vom Einlass des Kompressors 31 angebracht. Der Strömungsratensensor 36 ist dazu ausgelegt, die erfasste Massenströmungsrate an die ECU 70 auszugeben.
  • Der Drucksensor 37 ist an dem Rohr 32a angebracht, so dass er in der Lage ist, den Luftdruck (Istkathodendruck) im internen Kathodenkanal 13 zu erfassen. Der Drucksensor 37 ist dazu ausgelegt, den erfassten Istkathodendruck an die ECU 70 auszugeben. Übrigens ist die Anordnung des Drucksensors 37 nicht auf diese Ausführung beschränkt und kann zum Beispiel auch an dem Rohr 32b vorgesehen sein.
  • <Kühlmittelsystem>
  • Das Kühlmittelsystem enthält eine Kühlmittelpumpe 41, einen Kühler 42 (Wärmeabstrahler) und einen Thermostaten 43.
  • Eine Abführöffnung der Kühlmittelpumpe 41 ist über ein Rohr 41a mit einem Einlass des Kühlmittelkanals 14 verbunden. Ein Auslass des Kühlmittelkanals 14 ist über ein Rohr 42a, den Kühler 42, ein Rohr 42b, den Thermostaten 43 und ein Rohr 43a mit einer Ansaugöffnung der Kühlmittelpumpe 41 verbunden. Wenn die Kühlmittelpumpe 41 in Antwort auf eine Anweisung von der ECU 70 arbeitet, zirkuliert das Kühlmittel über den Kühlmittelkanal 14 und dem Kühler 42, um hierdurch den Brennstoffzellenstapel 10 geeignet zu kühlen.
  • Ein Zwischenabschnitt des Rohrs 42a ist über ein Rohr 43b mit dem Thermostaten 43 verbunden. Wenn eine Temperatur des Kühlmittels bei Niedertemperatur oder dergleichen niedrig ist, fließt das kalte Kühlmittel durch das Rohr 43b zu dem Thermostat 43 und umgeht den Kühler 42, um hierdurch den Brennstoffzellenstapel 10 frühzeitig aufzuwärmen. Der Thermostat 43 (Richtungsschaltventil) ist nämlich dazu ausgelegt, die Strömungsrichtung des Kühlmittels in Antwort auf die Temperatur des Kühlmittels umzuschalten.
  • <Elektrisches Stromverbrauchersystem>
  • Das elektrische Stromverbrauchersystem enthält einen Motor 51, einen elektrischen Leistungscontroller 52 sowie eine Batterie 53.
  • Der Motor 51 ist über den elektrischen Leistungscontroller 52 mit Ausgangsanschlüssen (nicht gezeigt) des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden. Die Batterie 53 ist mit dem elektrischen Leistungscontroller 52 verbunden. Übrigens ist ein Inverter (PDU: Leistungstreibereinheit) zwischen dem Motor 51 und dem elektrischen Leistungscontroller 52 vorgesehen, und ist ein Schaltschütz (EIN/AUS-Schalter) zwischen dem elektrischen Leistungscontroller 52 und dem Brennstoffzellenstapel 10 vorgesehen.
  • Der Motor 51 ist eine externe Last und ist eine Energiequelle, die eine Antriebskraft des Brennstoffzellenfahrzeugs erzeugt.
  • Der elektrische Leistungscontroller 52 ist eine Vorrichtung, welche die elektrische Leistung (Ausgangsstrom, Ausgangsspannung), die von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt wird, und das Laden/Entladen der Batterie 53 in Antwort auf eine Anweisung von der ECU 70 steuert/regelt, und enthält eine elektronische Schaltung wie etwa einen DC/DC-Zerhacker.
  • Die Batterie 53 ist aus einer zusammengebauten Batterie aufgebaut, welche eine Kombination von einer Vielzahl von Einzelbatterien ist. Jede Einzelbatterie ist zum Beispiel eine Lithiumionenbatterie.
  • <Andere Vorrichtungen>
  • Ein IG (Zündung) 61 ist ein Startschalter für das Brennstoffzellenfahrzeug (Brennstoffzellensystem 1) und ist in der Nähe vom Fahrersitz angeordnet. Der IG 61 ist mit der ECU 70 verbunden, und die ECU 70 ist dazu ausgelegt, ein EIN-Signal oder ein AUS-Signal des IG 61 zu erfassen.
  • Der Akzeleratoröffnungsgradsensor 62 ist dazu ausgelegt, einen Akzeleratoröffnungsgrad (Druckbetrag eines Gaspedals) zu erfassen, und diesen an die ECU 70 auszugeben.
  • <ECU>
  • Die ECU 70 ist eine Steuervorrichtung, die das Brennstoffzellensystem 1 elektronisch steuert/regelt, und die so konfiguriert ist, dass sie eine CPU, ein ROM, ein RAM, verschiedene Schnittstellen, elektronische Schaltungen und dergleichen enthält. Die ECU 70 ist dazu ausgelegt, verschiedene Vorrichtungen zu steuern/zu regeln und verschiedene Prozessarten gemäß darin gespeicherten Programmen auszuführen.
  • <ECU-Rückhaltewassermengen-Berechnungsfunktion>
  • Die ECU 70 (Rückhaltewassermengenerfassungseinheit) hat eine Funktion zum Berechnen (Schätzen) einer gegenwärtigen Menge von rückgehaltenem Wasser (Istrückhaltewassermenge), die in dem Brennstoffzellenstapel 10 enthalten ist. Das in dem Brennstoffzellenstapel 10 enthaltene Rückhaltewasser enthält Rückhaltewasser, das in dem internen Anodenkanal 12 zurückgehalten wird, und Rückhaltewasser, das in dem internen Kathodenkanal 13 zurückgehalten wird.
  • Insbesondere ist die ECU 70 dazu ausgelegt, eine Zunahme des Rückhaltewassers pro Zeiteinheit (Δg/Sek) basierend auf einem Sollstromwert und dem Kennfeld von 4 zu berechnen, und die berechnete Zunahme in Bezug auf die Zeit integrieren, um hierdurch die gegenwärtige Menge des Brennstoffzellenstapels 10 enthaltenen Rückhaltewassers zu berechnen (zu schätzen). In 4 bedeutet die Tatsache, dass die Zunahme des Rückhaltewassers größer als Null und positiv ist, dass das Rückhaltewasser zunimmt, und bedeutet die Tatsache, dass die Zunahme von Rückhaltewasser kleiner als Null und negativ ist, dass das Rückhaltewasser abnimmt.
  • Wie in 4 gezeigt, bezeichnet der Bereich, in dem der Sollstromwert gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Sollstromwert ist, eine Beziehung, in der, mit zunehmendem Sollstromwert, die Zunahme des Rückhaltewassers klein wird. Dies ist so, weil mit Zunahme des Sollstromwerts die Strömungsgeschwindigkeiten von Wasserstoff und Luft, die durch den Brennstoffzellenstapel 10 fließen, zunehmen, und die Menge des Rückhaltewassers, das durch den Wasserstoff und die Luft aus dem Brennstoffzellenstapel 10 hinausgedrückt wird, größer wird als die Menge des mit der Stromerzeugung erzeugten Wassers.
  • Der Bereich, in dem der Sollstromwert gleich oder größer als der vorbestimmte Sollstromwert ist, bezeichnet eine Beziehung, in der, mit zunehmendem Sollstromwert, die Zunahme des Rückhaltewassers groß wird. Das ist so, weil mit zunehmendem Sollstromwert die Menge des mit der Stromerzeugung erzeugten Wassers größer wird als die Menge des Rückhaltewassers, das aus dem Brennstoffzellenstapel 10 hinausgedrückt wird.
  • Alle Modi, einschließlich eines ersten Normalzeitmodus und dergleichen, bezeichnen eine Beziehung, in der, wenn eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 abnimmt, die Zunahme des Rückhaltewassers groß wird. Dies ist so, weil mit abnehmender Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 eine Temperatur der Feuchtigkeit abnimmt, so dass leicht kondensiertes Tauwasser erzeugt wird.
  • Die Zunahme des Rückhaltewassers im Trocknungsstromerzeugungsmodus (zweiter Normalzeitmodus, zweiter Stoppzeitmodus, dritter Stoppzeitmodus) wird kleiner als die Zunahme des Rückhaltewassers im ersten Normalzeitmodus (erster Stoppzeitmodus). Es ist so, weil das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 im Trocknungsstromerzeugungsmodus mehr erleichtert wird als im ersten Normalzeitmodus. Übrigens bedeutet der Trocknungsstromerzeugungsmodus gemeinsam den zweiten Normalzeitmodus, den zweiten Stoppzeitmodus und den dritten Stoppzeitmodus. Da der Brennstoffzellenstapel 10 entsprechend der Reihenfolge des zweiten Normalzeitmodus, des zweiten Stoppzeitmodus und des dritten Stoppzeitmodus leichter trocken wird, kann die Zunahme des Rückhaltewassers entsprechend klein gemacht werden.
  • <ECU-Flutungsbestimmungsfunktion>
  • Die ECU 70 (Flutungsbestimmungseinheit) hat eine Funktion zur Bestimmung, ob gegenwärtig im Brennstoffzellenstapel 10 eine Flutung erzeugt wird oder nicht.
  • Insbesondere ist die ECU 70 dazu ausgelegt, um zu bestimmen, dass bei der Normalzeit, während der IG 61 fortlaufend eingeschaltet ist, möglicherweise eine Flutung erzeugt wird (vorhanden ist), wenn die rückgehaltene Wassermenge gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (Flutungsschwellenwert) ist (s. 2, S101). Darüber hinaus ist die ECU 70 dazu ausgelegt, zu bestimmen, dass bei der Stoppzeit, bei der das AUS-Signal des IG 61 erfasst wird, möglicherweise eine Flutung erzeugt wird (vorhanden ist), wenn die Rückhaltewassermenge gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist (s. 3, S201).
  • Der erste vorbestimme Wert und der zweite vorbestimmte Wert sind auf Werte gesetzt, bei denen eine Bestimmung erfolgt, dass in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Flutung erzeugt wird, welche die Zufuhr von Wasserstoff und Luft stört, und daher die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 10 abnimmt.
  • <ECU-Stromerzeugungssteuerfunktion>
  • Die ECU 70 (Stromerzeugungssteuereinheit) hat eine Funktion, das Brennstoffzellensystem 1 im ersten Normalzeitmodus (Normalzeitmodus), zweiten Normalzeitmodus (Normalzeittrocknungsmodus), ersten Stoppzeitmodus (Stoppzeitmodus), zweiten Stoppzeitmodus (Stoppzeittrocknungsmodus) und dritten Stoppzeitmodus (Stoppzeittrocknungsmodus) zu betreiben.
  • <Erster Normalzeitmodus und zweiter Normalzeitmodus>
  • Der erste Normalzeitmodus und der zweite Normalzeitmodus sind Modi, die zur normalen Zeit ausgewählt werden, während der der IG 61 fortlaufend eingeschaltet ist.
  • <Erster Normalzeitmodus>
  • Der erste Normalzeitmodus ist ein Modus, der gewählt wird, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 keine Flutung erzeugt wird (s. 2, S102). Der erste Normalzeitmodus ist ein Modus, in dem Wasserstoff und Luft in Antwort auf den Akceleratoröffnungsgrad normal zugeführt werden, und der Brennstoffzellenstapel 10 veranlasst wird, in Antwort auf den Akceleratoröffnungsgrad (angeforderte Last) elektrische Energie normal zu erzeugen.
  • Übrigens zeigt der erste Normalzeitmodus eine Beziehung, in der mit zunehmendem Akceleratoröffnungsgrad, ein Sollanodendruck und ein Sollkathodendruck hoch werden, eine Sollanodengasströmungsrate (Sollwasserstoffströmungsrate) und Sollkathodengasströmungsrate (Sollluftströmungsrate) hoch werden, und eine Sollausgabe des Brennstoffzellenstapels 10 groß wird.
  • <Zweiter Normalzeitmodus>
  • Der zweite Normalzeitmodus ist ein Modus, der gewählt wird, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 eine Flutung erzeugt wird. Der zweite Normalzeitmodus ist so gesetzt, dass Rückhaltewasser stärker als im ersten Normalzeitmodus abgeführt wird, wegen der Erzeugung der Flutung, und somit das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 erleichtert wird.
  • <Temperaturanstieg des Brennstoffzellenstapels>
  • Spezifische Verfahren zum Erleichtern des Trocknens des Brennstoffzellenstapels 10 enthalten, als ein Beispiel (1), ein Verfahren zum Anheben der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 und Verdampfen von Rückhaltewasser, um dieses von dem Brennstoffzellenstapel 10 abzuführen.
  • Die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 wird durch intermittierenden Antrieb der Kühlmittelpumpe 10 angehoben, um die EIN-Zeit zu verkürzen oder die Kühlmittelpumpe 44 zu stoppen (s. 5A, 5B). Insbesondere wird zum Beispiel der EIN/AUS-Betrieb der Kühlmittelpumpe 41 wiederholt, indem die Kühlmittelpumpe 41 ausgeschaltet wird, um die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 anzuheben, die Kühlmittelpumpe 41 eingeschaltet wird, wenn die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 (die von einem Temperatursensor 44 erfasste Temperatur) eine Grenztemperatur der MEA (Wärmebeständigkeits-Obergrenztemperatur) erreicht, und die Kühlmittelpumpe 41 ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auf eine Solltemperatur abfällt. Die Grenztemperatur der MEA variiert in Abhängigkeit von der Spezifikation der MEA (Materialqualität der Elektrolytmembran und dergleichen), und wird vorab basierend auf Tests erhalten.
  • Die Solltemperatur des ersten Normalzeitmodus und die Solltemperatur des ersten Stoppzeitmodus wird so gesetzt, dass sie einander nahezu gleich sind. Die Solltemperatur des zweiten Normalzeitmodus (zum Beispiel 90 Grad Celsius) ist auf eine Temperatur gesetzt, die höher ist als die Solltemperatur des ersten Normalzeitmodus (zum Beispiel 85 Grad Celsius), und bei der das kalte Wasser leicht verdampft wird.
  • Darüber hinaus sind die Solltemperaturen des zweiten Stoppzeitmodus und des dritten Stoppzeitmodus höher gesetzt als die Solltemperatur des zweiten Normalzeitmodus. Dies erlaubt, dass das Rückhaltewasser rasch verdampft und das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 der Stoppzeit erleichtert wird.
  • Ferner kann die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auch angehoben werden, indem ein Drosselventil im Rohr 41a vorgesehen wird und der Öffnungsgrad des Drosselventils (Zunahme eines Drosselbetrags) reduziert wird). Darüber hinaus kann die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 10 auch angehoben werden, indem Ausgabe (Stromwert) des Brennstoffzellenstapels 10 erhöht wird, um die mit der Stromerzeugung selbsterzeugte Wärme zu erhöhen.
  • <Abführung von Rückhaltewasser im Anodensystem>
  • Darüber hinaus enthalten die obigen spezifischen Verfahren (2) ein Verfahren zum Abführen von Rückhaltewasser im internen Anodenkanal 12 (s. 6). Insbesondere wird das Spülventil 27 kontinuierlich geöffnet oder wird die Häufigkeit des Ventilöffnens des Spülventils 27 erhöht, um hierdurch die Strömungsrate des Anodengases (Brenngases) durch den internen Anodenkanal 12 fließt, zu erhöhen und das Rückhaltewasser rasch abzuführen. Darüber hinaus kann, anstelle von oder zusätzlich zu diesem Verfahren, die Zirkulationspumpe 26 zum Antrieb veranlasst werden oder kann deren Drehzahl erhöht werden, um hierdurch die Strömungsrate und den Druck des Anodengases zu erhöhen. Ferner kann anstelle oder zusätzlich zu diesem Verfahren, die Injektionsmenge von Wasserstoff durch den Injektor 23 erhöht werden.
  • <Abführung von Rückhaltewasser im Kathodensystem>
  • Darüber hinaus enthalten die obigen spezifischen Verfahren (3) ein Verfahren zum Abführen von Rückhaltewasser im internen Kathodenkanal 13 (s. 7A und 7B). Insbesondere wird, um die Strömungsrate den Druck der durch den internen Kathodenkanal 13 fließenden Luft anzuheben, die Drehzahl des Kompressors 31 erhöht, während der Öffnungsgrad des Gegendruckventils 34 klein gemacht wird.
  • In diesem Fall wird die Sollluftströmungsrate (Sollkathodengasströmungsrate) so gesetzt, dass sie entsprechend der Reihenfolge „erster Normalzeitmodus, erster Stoppzeitmodus”, „zweiter Normalzeitmodus” und „zweiter Stoppzeitmodus, dritter Stoppzeitmodus” erhöht wird (s. 7A).
  • Darüber hinaus wird der Sollkathodendruck so gesetzt, dass er gemäß der Reihenfolge „erster Normalzeitmodus, erster Stoppzeitmodus”, „zweiter Normalzeitmodus” und „zweiter Stoppzeitmodus, dritter Stoppzeitmodus” hoch wird (s. 7B).
  • <Abnahme der zugeführten Feuchtigkeit>
  • Darüber hinaus enthalten die obigen spezifischen Verfahren (4) ein Verfahren zum Verringern der in den Brennstoffzellenstapel 10 eingeführten (eingeleiteten) Feuchtigkeit. Insbesondere wird das Bypassventil 33 geöffnet und fließt neue Luft durch das Bypassventil 33 und umgeht den Befeuchter 32, um hierdurch die dem internen Kathodenkanal 13 zugeführte Feuchtigkeit zu verringern.
  • Übrigens können die oben beschriebenen Verfahren (1) bis (4) einzeln angewendet werden, oder können in einer Kombination davon angewendet werden.
  • <Erster Stoppzeitmodus, zweiter Stoppzeitmodus und dritter Stoppzeitmodus>
  • Der erste Stoppzeitmodus, der zweite Stoppzeitmodus und der dritte Stoppzeitmodus sind Modi, die bei der Systemstoppzeit gewählt werden, bei der ein AUS-Signal des IG 61 erfasst wird, um das Brennstoffzellensystem 1 zu stoppen.
  • <Erster Stoppzeitmodus>
  • Der erste Stoppzeitmodus ist ein Modus, der beim AUS des IG 61 gewählt wird, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 keine Flutung erzeugt wird (s. 3, S202). Der erste Stoppzeitmodus wird so gesetzt, dass dem Brennstoffzellenstapel 10 Wasserstoff und Luft normal zugeführt werden, weil keine Flutung erzeugt wird und somit der erste Stoppzeitmodus ausgeführt wird, während die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10 beibehalten wird, bis die Menge an Rückhaltewasser einen ersten Stoppzeitsollwert erreicht.
  • Im ersten Stoppzeitmodus, zweiten Stoppzeitmodus und dritten Stoppzeitmodus wird der Sollstromwert des Brennstoffzellenstapels 10 auf eine Obergrenze eines Bereichs gesetzt, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug 1 seinen Leerlaufzustand (leerlaufenden Zustand) beibehält (einen Bereich, in dem die Stromerzeugung im Leerlaufzustand möglich ist), nämlich dem Maximalwert des Stoppzeitstromwerts, wobei der Stoppzeitstrom von Hilfseinrichtungen (elektrischem stromverbrauchendem Gerät) wie etwa dem Kompressor 31 im Fahrzeugstoppzustand des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verbrauchen ist. Übrigens ist der Sollstromwert nicht auf den Maximalwert beschränkt und kann auch auf den Stoppzeitstromwert gesetzt werden, wobei der Stoppzeitstrom von den Hilfseinrichtungen zu verbrauchen ist.
  • Hierin enthält der elektrische Energieverbrauch durch die Hilfseinrichtungen, anders als eine Form, in der der Kompressor 31 und dergleichen angetrieben werden, so dass sie elektrische Energie verbrauchen, eine Form, in der die Batterie 43 geladen wird, um elektrische Energie zu verbrauchen. Darüber hinaus wird der Bereich, in dem die Stromerzeugung im Leerlaufzustand möglich ist, zum Beispiel basierend auf elektrischer Energie gesetzt, die vom Kompressor 31 und dergleichen Nichtlast verbraucht wird (Akceleratoröffnungsgrad: 0), elektrischer Energie, die in die Batterie 43 geladen werden kann, und dergleichen.
  • Indem somit der Stoppzeitstromwert auf die Obergrenze gesetzt wird, wird die vom Brennstoffzellenstapel 10 selbst erzeugte Wärme erhöht, und werden die Wasserstoffströmungsrate und die Luftströmungsrate hoch, damit das Rückhaltewasser frühzeitig leicht abgeführt werden kann.
  • <Zweiter Stoppzeitmodus>
  • Der zweite Stoppzeitmodus ist ein Modus, der beim AUS des IG 61 gewählt wird, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 Flutung erzeugt wird und eine nächste Aktivierung des Brennstoffzellensystems 1 keine Niedertemperaturaktivierung ist (normale Aktivierung ist).
  • Die Niedertemperaturaktivierung ist ein Modus, in der das Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 10 relativ zum normalen Betrieb erleichtert wird, indem veranlasst wird, dass der Brennstoffzellenstapel 10 elektrische Energie mit erhöhter Ausgangsleistung erzeugt, während Wasserstoff und Luft mit hohen Drücken und erhöhten Mengen zugeführt werden, um hierdurch die mit der Stromerzeugung selbst erzeugte Wärme zu erhöhen. Wenn daher der Niedertemperaturaktivierungsmodus ausgeführt wird, wird die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 10 hoch und wird dementsprechend auch die mit der Stromerzeugung erzeugte Wassermenge groß.
  • Übrigens ist die ECU 70 (Niedertemperaturaktivierungsvorhersageeinheit) dazu ausgelegt, vorherzusagen, dass die nächste Aktivierung möglicherweise eine Niedertemperaturaktivierung ist, wenn bestimmt wird, dass es Winter ist, zum Beispiel basierend auf der Umgebungstemperatur bei der Stoppzeit des Brennstoffzellensystems 1, Ortsinformation des Fahrzeugs, die von GPS-Information erhalten wird, Wetterinformation oder Kalenderinformation.
  • Darüber hinaus kann die ECU 70 auch vorhersagen, dass die nächste Aktivierung eine Niedertemperaturaktivierung ist, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierungstemperatur gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist. Übrigens kann die Vorhersage der nächsten Aktivierungstemperatur zum Beispiel auch zur Verwendung nur einer beliebigen der Umgebungstemperatur, der Kalenderinformation und der GPS-Information erfolgen. Die Umgebungstemperatur ist zum Beispiel eine Atmosphärentemperatur außerhalb des Fahrzeugs bei der Systemstoppzeit (momentan) und kann mit einem Umgebungstemperatursensor (nicht gezeigt) erfasst werden. Die Kalenderinformation enthält ein gegenwärtiges Datum, Wochentag, Zeit und dergleichen, und zum Beispiel das Vorhandensein oder Fehlen von Frost kann basierend auf der Saison (zum Beispiel Sommer oder Winter) bestimmt werden. Die GPS-Information enthält zum Beispiel Information (zum Beispiel Längen- und Breitengrad), die von künstlichen Satelliten für das GPS gesendet werden, und zum Beispiel wird die Eigenposition des Fahrzeugs (zum Beispiel Okinawa oder Hokkaido) basierend auf Information berechnet, die an einem im Fahrzeug installierten Fahrzeugnavigationssystem berechnet wird.
  • Darüber hinaus kann die nächste Aktivierungstemperatur unter Verwendung einer Kombination von zwei oder mehr der Umgebungstemperatur, der Kalenderinformation und der GPS-Information vorhergesagt werden. Ferner kann, als anderes Mittel zum Vorhersagen der nächsten Aktivierungstemperatur, die nächste Aktivierungstemperatur auch basierend auf vergangenen Betriebsmustern vorhergesagt werden oder kann basierend Wetterinformation vorhergesagt werden.
  • Der zweite Stoppzeitmodus ist so gesetzt, dass, relativ zum ersten Stoppzeitmodus, das Abführen von Rückhaltewasser erleichtert wird und das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 erleichtert wird. Insbesondere können die oben beschriebenen Verfahren (1) bis (4) auch allein verwendet werden, oder können in einer Kombination davon verwendet werden.
  • Der zweite Stoppzeitmodus wird so gesetzt, dass er ausgeführt wird, bis die Menge an Rückhaltewasser einen zweiten Stoppzeitsollwert erreicht. Der zweite Stoppzeitsollwert ist kleiner gesetzt als der erste Stoppzeitsollwert (zweiter Stoppzeitsollwert < erster Stoppzeitsollwert).
  • Darüber hinaus kann die Ausführungszeit des zweiten Stoppzeitmodus und des dritten Stoppzeitmodus auf eine vorbestimmte Zeit (zum Beispiel 3 Minuten, s. 8B) gesetzt werden, die basierend auf Tests oder dergleichen vorab erhalten wird. Es ist so, weil, mit einer Verlängerung der Ausführungszeit im zweiten Stoppzeitmodus und dritten Stoppzeitmodus, die Menge des Rückhaltewassers nicht Null wird, aber tendenziell auf eine vorbestimmte Menge von Rückhaltewasser von mehr als Null konvergiert.
  • <Dritter Stoppzeitmodus>
  • Der dritte Stoppzeitmodus ist ein Modus, der beim AUS des IG 61 gewählt wird, wenn im Brennstoffzellenstapel 10 Flutung erzeugt wird, und eine nächste Aktivierung des Brennstoffzellensystems 10 eine Niedertemperaturaktivierung ist.
  • Der dritte Stoppzeitmodus ist so gesetzt, dass, relativ zum zweiten Stoppzeitmodus, das Abführen des Rückhaltewassers erleichtert wird und das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 erleichtert wird. Insbesondere können die oben beschriebenen Verfahren (1) bis (4) auch allein verwendet werden, oder können auch in Kombination davon verwendet werden.
  • Der dritte Stoppzeitmodus wird auf Ausführung gesetzt, bis die Menge des Rückhaltewassers einen dritten Stoppzeitsollwert erreicht. Der dritte Stoppzeitsollwert wird kleiner gesetzt als der zweite Stoppzeitsollwert (dritter Stoppzeitsollwert < zweiter Stoppzeitsollwert). Wenn bestimmt wird, dass die nächste Systemaktivierung eine Niedertemperaturaktivierung ist, wird nämlich eine Sollfeuchtigkeitsmenge (dritter Stoppzeitsollwert) beim Erfassen des AUS-Signals (Systemstoppanweisung) des IG 61 kleiner gesetzt als eine Sollfeuchtigkeitsmenge (zweiter Stoppzeitsollwert), wenn bestimmt wird, dass die nächste Systemaktivierung keine Niedertemperaturaktivierung ist.
  • Übrigens haben der erste Stoppzeitsollwert, der zweite Stoppzeitsollwert und der dritte Stoppzeitsollwert eine Beziehung, die in dieser Reihenfolge kleiner wird (erster Stoppzeitsollwert > zweiter Stoppzeitsollwert > dritter Stoppzeitsollwert).
  • Der zweite Stoppzeitsollwert und der dritte Stoppzeitsollwert (s. 3) sind kleiner gesetzt als ein Normalzeitsollwert (s. 2) (Normalzeitsollwert > zweiter Stoppzeitsollwert > dritter Stoppzeitsollwert). Eine Sollfeuchtigkeitsmenge (zweiter Stoppzeitsollwert, dritter Stoppzeitsollwert) im Stoppzeittrocknungsmodus (zweiten Stoppzeitmodus, dritter Stoppzeitmodus) ist nämlich kleiner als eine Sollfeuchtigkeitsmenge (Normalzeitsollwert) im Normalzeittrocknungsmodus (zweiten Normalzeitmodus).
  • <<Betrieb des Brennstoffzellensystems>>
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung vom Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 angegeben.
  • <<Normalzeit>>
  • In Bezug auf 2 wird eine Beschreibung des Betriebs bei Normalzeit angegeben, während der der IG 61 fortlaufend eingeschaltet ist und das Brennstoffzellensystem 1 normal arbeitet.
  • In Schritt S101 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist (S101, JA), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S111 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S111 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass der Brennstoffzellenstapel 10 möglicherweise eine Flutung erzeugt wird (vorhanden ist).
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder mehr als der erste vorbestimmte Wert ist (S101, Nein), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S102 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S102 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass der Brennstoffzellenstapel 10 möglicherweise keine Flutung erzeugt wird (nicht vorhanden ist).
  • <Erster Normalzeitmodus>
  • In Schritt S102 betreibt die ECU 70 das Brennstoffzellensystem 1 im ersten Normalzeitmodus.
  • Danach kehrt der Prozess der ECU 70 über „ZURÜCK” zu „START” zurück.
  • <Zweiter Normalzeitmodus>
  • In Schritt S111 betreibt die ECU 70 das Brennstoffzellensystem 1 im zweiten Normalzeitmodus. Dies erlaubt, dass das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 relativ zum ersten Normalzeitmodus erleichtert wird.
  • In Schritt S112 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der Normalzeitsollwert ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der Normalzeitsollwert ist (S112, Ja), geht der Prozess der ECU 70 zu „ZURÜCK” weiter. Wenn der Prozess somit zu „ZURÜCK” weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 fortschreitet, und die Flutung beseitigt wird.
  • Wen die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder weniger als der Normalzeitsollwert ist (S112, Nein), wiederholt die ECU 70 den Prozess von Schritt S112. Der Betrieb des zweiten Normalzeitmodus wird nämlich beibehalten, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der Normalzeitsollwert wird.
  • <<Stoppzeit>>
  • In Bezug auf 3 wird eine Beschreibung eines Betriebs bei der Stoppzeit angegeben, bei der der IG 61 ausgeschaltet ist und das Brennstoffzellensystem 1 stoppt. Wenn übrigens der IG 61 ausgeschaltet wird und die ECU 70 das AUS-Signal (Systemstoppanweisung) des IG 61 erfasst, startet der Prozess von 3.
  • In Schritt S201 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als der zweite vorbestimmte Wert ist oder nicht. Der zweite vorbestimmte Wert wird in Schritt S101 auf gleich oder weniger als der erste vorbestimme Wert gesetzt.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als der zweite vorbestimmte Wert ist (S201, Ja) geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt 211 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S211 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass im Brennstoffzellenstapel 10 möglicherweise eine Flutung erzeugt wird (vorhanden ist).
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder mehr als der zweite vorbestimmte Wert ist (S201, Nein), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S202 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S202 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass im Brennstoffzellenstapel 10 möglicherweise keine Flutung erzeugt wird (nicht vorhanden ist).
  • <Erster Stoppzeitmodus>
  • In Schritt S202 betreibt die ECU 70 das Brennstoffzellensystem 1 im ersten Stoppzeitmodus.
  • Übrigens kann ein alternativer Prozess angewendet werden, indem der Schritt S202 (erster Stoppzeitmodus) und Schritt S203 weggelassen werden, und nach Schritt S201, Nein, der Prozess zu Schritt S204 weitergeht.
  • In Schritt S203 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der erste Stoppzeitsollwert ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der erste Stoppzeitsollwert ist (S203, Ja), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S204 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S204 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 fortschreitet und die Flutung beseitigt wird.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder weniger als der erste Stoppzeitsollwert ist (S103, Nein), wiederholt die ECU 70 den Prozess von Schritt S203. Der Betrieb des ersten Stoppzeitmodus wird nämlich beibehalten, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der erste Stoppzeitsollwert wird.
  • In Schritt S204 stoppt die ECU 70 die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10.
  • Insbesondere schließt die ECU 70 das Absperrventil 22, stoppt die Zirkulationspumpe 26, den Kompressor 31 und die Kühlmittelpumpe 41, und steuert dann den elektrischen Leistungscontroller 52 an, um zu bewirken, dass die vom Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte elektrische Leistung zu 0 (W) wird.
  • Danach geht der Prozess der ECU 70 zum „ENDE” weiter.
  • In Schritt S211 bestimmt die ECU 70, ob die nächste Aktivierung des Brennstoffzellensystems 1 eine Niedertemperaturaktivierung ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die nächste Aktivierung eine Niedertemperaturaktivierung ist (S211, Ja), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S214 weiter.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die nächste Aktivierung keine Niedertemperaturaktivierung ist (S211, Nein), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S212 weiter.
  • <Zweiter Stoppzeitmodus>
  • In Schritt S212 betreibt die ECU 70 das Brennstoffzellensystem 1 im zweiten Stoppzeitmodus.
  • In Schritt S213 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der zweite Stoppzeitsollwert ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der zweite Stoppzeitsollwert ist (S213, Ja), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S204 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schritt S204 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 fortschreitet und die Flutung beseitigt wird.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder weniger als der zweite Stoppzeitsollwert ist (S213, Nein), wiederholt die ECU 70 den Prozess von Schritt S213. Der Betrieb des zweiten Stoppzeitmodus wird nämlich fortgeführt, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der zweite Stoppzeitsollwert wird.
  • <Dritter Stoppzeitmodus>
  • In Schritt S214 betreibt die ECU 70 das Brennstoffzellensystem 1 im dritten Stoppzeitmodus.
  • In Schritt S215 bestimmt die ECU 70, ob die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der dritte Stoppzeitsollwert ist oder nicht.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene assermenge gleich oder weniger als der dritte Stoppzeitsollwert ist (S215, Ja), geht der Prozess der ECU 70 zu Schritt S204 weiter. Wenn der Prozess somit zu Schrit S204 weitergeht, bestimmt die ECU 70, dass das Trocknen des Brennstoffzellenstapels 10 fortschreitet und die Flutung beseitigt wird.
  • Wenn die ECU 70 bestimmt, dass die aktuell rückgehaltene Wassermenge nicht gleich oder weniger als der dritte Stoppzeitsollwert ist (S215, Nein), wiederholt die ECU 70 den Prozess von Schritt S215. Der Betrieb im dritten Stoppzeitmodus wird nämlich beibehalten, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder weniger als der dritte Stoppzeitsollwert wird.
  • <<Vorteilhafte Effekte des Brennstoffzellensystems>>
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem 1 erhält man die folgenden vorteilhaften Effekte.
  • Wie in 9 gezeigt, wird in dem Fall, wo der IG 61 während Stromerzeugung unter Hochlast ausgeschaltet wird, wenn eine Bestimmung erfolgt, dass eine Flutung möglicherweise erzeugt wird (3, S201, Ja), das System im zweiten Stoppzeitmodus oder dritten Stoppzeitmodus betrieben, um die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10 fortzusetzen, um es hierdurch möglich zu machen, das Rückhaltewasser rasch abzuführen. Mit einer einfachen Konfiguration, die nicht mit einer Spülgaszuführpumpe oder dergleichen ausgestattet ist, ist es nämlich möglich, das Rückhaltewasser zu verringern, indem die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 10 fortgesetzt wird, nachdem der IG 61 ausgeschaltet wird. Dies verhindert, dass der Brennstoffzellenstapel 10 während des Systemstopps gefriert. Wenn darüber hinaus das System das nächste Mal aktiviert wird, wird das Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels 10 niemals verzögert.
  • Darüber hinaus gilt das gleiche auch für den Fall, wo der IG 61 während des Aufwärmens des Brennstoffzellenstapels 10 bei der Hochfahrzeit des Systems ausgeschaltet wird, und eine Bestimmung erfolgt, dass möglicherweise eine Flutung erzeugt wird (3, S201, Ja). Da übrigens während des Aufwärmens des Brennstoffzellenstapels 10 die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 10 erhöht wird, um die mit der Stromerzeugung selbst erzeugte Wärme zu erhöhen, nimmt das Rückhaltewasser tendenziell zu.
  • <<Modifikationen>>
  • Obwohl zuvor eine Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt und kann zum Beispiel wie folgt modifiziert werden.
  • Obwohl die obige Ausführung das Brennstoffzellensystem 1 exemplifiziert, dass am Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist, ist die Anwendungsform nicht auf diese Ausführungs beschränkt. Zum Beispiel kann auch eine Konfiguration angewendet werden, worin das System in einem stationären Brennstoffzellensystem installiert ist.
  • Obwohl die obige Ausführung die Konfiguration exemplifiziert, in der die ECU 70 (Rückhaltewassermengenerfassungseinheit) die Zunahme von Rückhaltewasser (Δg/Sek) in Bezug auf die Zeit integriert, um hierdurch die gegenwärtige Menge des Rückhaltewassers, das im Brennstoffzellenstapel 10 enthalten ist, zu berechnen (zu schätzen), kann auch eine alternative Konfiguration angewendet werden. Zum Beispiel kann auch eine Konfiguration angewendet werden, worin die im internen Anodenkanal 12 aktuell rückgehaltene Wassermenge basierend auf einer Feuchtigkeit, die von einem Feuchtigkeitssensor erfasst wird, der im internen Anodenkanal 12 vorgesehen ist, und einem Volumen (Kubikinhalt) des internen Anodenkanals 12 erfasst wird, in dem die Feuchtigkeit mit dem Volumen (Kubikinhalt) des internen Anodenkanals 12 multipliziert wird. Das gleiche gilt auch für eine Konfiguration, worin die im internen Kathodenkanal 13 aktuell rückgehaltene Wassermenge erfasst wird.
  • Obwohl die obige Ausführung die Konfiguration exemplifiziert, in der die ECU 70 (Rückhaltewassermengenerfassungseinheit) die Menge des Rückhaltewassers, das im Brennstoffzellenstapel 10 enthalten ist, schätzt oder berechnet, kann auch eine weitere Konfiguration dort hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann auch eine Konfiguration angewendet werden, in der die ECU 70 (Rückhaltewassermengenerfassungseinheit) eine Menge des im Anodensystem rückgehaltenen Anodensystemrückhaltewassers erfasst oder schätzt, und wenn basierend auf der Menge des Anodensystemrückhaltewassers eine Bestimmung erfolgt, dass eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird, die ECU 70 (Stromerzeugungssteuereinheit) den zweiten Normalzeitmodus (Normalzeittrocknungsmodus), oder den zweiten Stoppzeitmodus und den dritten Stoppzeitmodus (Stoppzeittrocknungsmodus) ausführt. In dieser Konfiguration sind ein Verfahren zum Erfassen der Menge von Anodensystemrückhaltewasser, und ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird oder nicht, die gleichen wie jene in der obigen Ausführung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    10
    Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellen)
    11
    Einzelzelle (Brennstoffzelle)
    12
    Interner Anodenkanal (interner Reaktionsgaskanal)
    13
    Interner Kathodenkanal (interner Reaktionsgaskanal)
    21a, 22a, 23a, 24a
    Rohr (Brenngaszuführkanal)
    23
    Injektor (Zirkulationsmengensteuereinheit)
    25a, 25b, 26a
    Rohr (Brenngaszirkulationskanal)
    26
    Zirkulationspumpe (Zirkulationsmengensteuereinheit)
    27
    Spülventil (Abführventil)
    27a
    Rohr (Brenngasabführkanal)
    52
    Elektronischer Leistungscontroller (Stromerzeugungssteuereinheit)
    61
    IG
    70
    ECU (Rückhaltewassermengenerfassungseinheit, Stromerzeugungssteuereinheit)
  • Ein Brennstoffzellensystem enthält einen Brennstoffzellenstapel mit einer Membranelektrodenanordnung und einem internen Reaktionsgaskanal, eine Einheit, die eine aktuell rückgehaltene Wassermenge (R.W.Q.) erfasst oder schätzt, und eine Stromerzeugungssteuereinheit mit einem Normalzeitmodus, einem Normalzeittrocknungsmodus und einem Stoppzeittrocknungsmodus. Im Normalzeittrocknungsmodus wird der Brennstoffzellenstapel veranlasst, elektrische Energie zu erzeugen, während er stärker als im Normalzeitmodus getrocknet wird, bis die Ist-R.W.Q. auf eine Soll-R.W.Q. abnimmt. Wenn bei einer Erfassung einer Systemstoppanweisung im Stoppzeittrocknungsmodus die Ist-R.W.Q. gleich oder größer als ein Flutungsschwellenwert ist, wird der Brennstoffzellenstapel veranlasst, elektrische Energie zu erzeugen, während er stärker getrocknet wird als im Normalzeittrocknungsmodus, bis die Ist-R.W.Q. auf eine Soll-R.W.Q abnimmt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem, das ausgestattet ist mit: einer Brennstoffzelle, die eine Membranelektrodenanordnung aufweist, die eine Elektrolytmembran enthält, sowie einen internen Reaktionskanal, durch den Reaktionsgas fließt, das der Membranelektrodenanordnung zugeführt und von dieser abgeführt wird; einer Rückhaltewassermengenerfassungseinheit, die eine aktuell rückgehaltene Wassermenge erfasst oder schätzt, die eine gegenwärtige Menge von Rückhaltewasser ist, das in dem internen Reaktionsgaskanal rückgehalten wird; und einer Stromerzeugungssteuereinheit, die die Stromerzeugung der Brennstoffzelle steuert/regelt, wobei das Steuerverfahren aufweist: einen Schritt, um, wenn die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als ein Flutungsschwellenwert ist, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu bewirken, dass das System in einem Normalzeittrocknungsmodus aktiviert wird, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker getrocknet wird als in einem Normalzeitmodus, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, in Antwort auf eine angeforderte Last normal elektrische Energie zu erzeugen, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abnimmt; und einen Schritt, um, wenn bei der Erfassung einer Systemstoppanweisung die aktuell rückgehaltene Wassermenge gleich oder mehr als der Flutungsschwellenwert ist, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu veranlassen, dass das System in einem Stoppzeittrocknungsmodus aktiviert wird, in dem die Brennstoffzelle veranlasst wird, elektrische Energie zu erzeugen, während sie stärker als im Normalzeittrocknungsmodus getrocknet wird, bis die aktuell rückgehaltene Wassermenge auf eine Sollrückhaltewassermenge abnimmt.
  2. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner den Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Temperatur der Brennstoffzelle in Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  3. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit einen Druck von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  4. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner den Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Oxidationsgas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Stoppzeittrocknungsmodus stärker anzuheben als im Normalzeittrocknungsmodus.
  5. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem ferner einen Brenngaszirkulationskanal aufweist, der erlaubt, dass von der Brennstoffzelle abgeführtes Brenngas dort hindurch zirkuliert, sowie eine Zirkulationsmengensteuereinheit, die die Zirkulationsmenge des durch den Brenngaszirkulationskanal zirkulierenden Brenngases steuert/regelt, wobei das Steuerverfahren ferner einen Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit zu veranlassen, dass die Zirkulationsmengensteuereinheit eine Zirkulationsmenge des Brenngases im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus erhöht.
  6. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit eine Strömungsrate von Brenngas, das durch die Brennstoffzelle fließt, im Normalzeittrocknungsmodus und im Stoppzeittrocknungsmodus zu erhöhen.
  7. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt aufweist, um mittels der Stromerzeugungssteuereinheit einen Stromwert der Brennstoffzelle im Stoppzeittrocknungsmodus auf einen Stoppzeitstromwert zu setzen, wobei der Stoppzeitstrom im gestoppten Zustand eines Fahrzeugs zu verbrauchen ist.
  8. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Stoppzeittrocknungsmodus kleiner ist als eine Sollfeuchtigkeitsmenge im Normalzeittrocknungsmodus.
  9. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei eine Sollfeuchtigkeitsmenge, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems eine Niedertemperaturaktivierung ist, im Falle der Erfassung einer Systemstoppanweisung, kleiner als eine Sollfeuchtigkeitsmenge ist, wenn vorhergesagt wird, dass eine nächste Aktivierung des Systems keine Niedertemperaturaktivierung ist.
  10. Das Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellensystem ferner ein Anodensystem aufweist, das eine Brenngasspeichereinheit enthält, in der Brenngas gespeichert wird; einen Brenngaszuführkanal, durch den Brenngas von der Brenngasspeichereinheit zur Brennstoffzelle fließt; einen Brenngasabführkanal, durch den Brenngas von der Brennstoffzelle fließt; einen Brenngaszirkulationskanal, der den Brenngaszuführkanal mit dem Brenngasabführkanal verbindet und erlaubt, dass Brenngas dort hindurch zirkuliert; sowie ein Abführventil, das Gas im Brenngasabführkanal zur Außenseite des Systems abführt, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: einen Schritt, um mittels der Rückhaltewassermengenerfassungseinheit eine Menge von Anodensystemrückhaltewasser, das im Anodensystem rückgehalten wird, zu erfassen oder zu schätzen; und einen Schritt, um, wenn basierend auf der Menge des Anodensystemrückhaltewassers eine Bestimmung erfolgt, dass eine große Wassermenge im Anodensystem rückgehalten wird, mittels der Stromerzeugungssteuereinheit den Normalzeittrocknungsmodus oder den Stoppzeittrocknungsmodus auszuführen.
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