-
VERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität, die auf der veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-227848 basiert, welche am 10. November 2014 eingereicht worden ist und in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird.
-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Strömung bzw. die Steuerung eines Stroms eines Kühlmittels in einem Brennstoffzellensystem.
-
VERWANDTE TECHNIK
-
Im Stand der Technik wird vorgeschlagen, in einem Brennstoffzellensystem mit einem Zellenstapel, der aus einer Mehrzahl gestapelter Einheitszellen besteht, beim Starten des Systems unterhalb des Eispunkts bzw. Gefrierpunkts ein Aufwärmen in einem Zustand durchzuführen, wo eine Kühlwasserpumpe angehalten ist, so dass das Kühlwasser nicht umgewälzt wird und die Stelle, wo Leistung erzeugt wird, rasch aufgeheizt wird (
JP 2010-186599 A ).
-
Allerdings ist es gemäß der oben beschriebenen Technik bei einer Einheitszelle, die sich im Vergleich zu anderen Einheitszellen nur schwer aufheizen lässt, beispielsweise bei einer Einheitszelle, die an einem Ende des Zellenstapels positioniert ist, nicht möglich, die Abwärme von einer anderen Einheitszelle über das Kühlwasser anzuwenden. Daher kommt es im Zellenstapel zu einer verteilten Temperatur, und es dauert lange, bis der gesamte Zellenstapel auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt worden ist, was ein Problem darstellt. Darüber hinaus ist es auch innerhalb jeder einzelnen Einheitszelle nicht möglich, die Abwärme der Einlassseite für ein Oxidationsgas, die sich relativ leicht aufheizen lässt, über das Kühlwasser zur Auslassseite für das Oxidationsgas zu lenken. Daher kommt es innerhalb der einzelnen Einheitszellen zu einer verteilten Temperatur, und es dauert lange, bis der gesamte Zellenstapel auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt worden ist, was ein Problem darstellt. Diese Probleme sind nicht auf das Kühlwasser beschränkt, sondern sind ein allgemeines Problem in einem Brennstoffzellensystem, in dem ein Kühlmittel einer beliebigen Art, beispielsweise ein flüssiges Frostschutzmittel oder Luft usw. umgewälzt wird, um die Temperatur des Zellenstapels zu regulieren.
-
KURZFASSUNG
-
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest einige der oben beschriebenen Probleme zu lösen, und kann in den nachstehend beschriebenen Aspekten verwirklicht werden.
- (1) Gemäß einer Form der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Steuern eines Kühlmittels in einem Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle, einen inneren Strömungsweg für das Kühlmittel, der innerhalb der Brennstoffzelle ausgebildet ist, und einen äußeren Strömungsweg aufweist, der außerhalb der Brennstoffzelle ausgebildet ist und der dadurch, dass er mit dem inneren Strömungsweg verbunden wird, einen Umwälzströmungsweg für das Kühlmittel bildet. Das Verfahren beinhaltet: Feststellen, ob oder ob nicht eine Einlasstemperatur, das heißt die Temperatur des Kühlmittels an einem Einlass zum inneren Strömungsweg innerhalb des Umwälzströmungswegs, gleich oder größer als eine untere Grenztemperatur ist bzw. bei oder über einer unteren Grenztemperatur eines Temperaturbereichs liegt, in dem erzeugtes Wasser in der Brennstoffzelle nicht gefriert; und Regulieren der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf solche Weise, dass die Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg so reguliert wird, dass sie bei gleichem Heizwert der Brennstoffzelle höher wird als eine normale Strömungsrate, wenn festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, und dass die Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg unter die normale Strömungsrate geregelt wird, wenn festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, wobei die normale Strömungsrate eine Strömungsrate des Kühlmittels während eines Normalbetriebs der Brennstoffzelle ist. Wenn die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs ist, in dem erzeugtes Wasser in der Brennstoffzelle nicht gefriert, wird gemäß dem Verfahren dieses Aspekts die Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg so reguliert, dass sie höher wird als die normale Strömungsrate, weswegen die Leitung von Wärme innerhalb der Brennstoffzelle unterstützt wird, so dass das Auftreten einer verteilten Temperatur innerhalb der Brennstoffzelle unterdrückt werden kann. Daher kann die Aufwärmzeit für die gesamte Brennstoffzelle verkürzt werden, und die Zeit, die für den Aufwärmbetrieb des Brennstoffzellensystems nötig ist, kann ebenfalls verkürzt werden. Darüber hinaus wird im Brennstoffzellensystem dieses Aspekts die Strömungsrate des Kühlmittels gemäß dem Ergebnis der Beurteilung, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, so reguliert, dass sie höher wird als die normale Strömungsrate, und die Temperatur, die für die Beurteilung verwendet wird, ist die Einlasstemperatur. Die Einlasstemperatur ist hierbei die niedrigste Temperatur im Umwälzströmungsweg, und wenn diese Temperatur über dem unteren Grenzwert des Temperaturbereichs, in dem erzeugtes Wasser nicht erneut gefriert, liegt, liegt daher die Temperatur des Kühlmittels an jeder Stelle im Umwälzströmungsweg über dem unteren Grenzwert. Als Ergebnis der Regulierung der Strömungsrate des Kühlmittels auf solche Weise, dass sie höher wird als der normale Strom, kann daher im Vergleich zu dem Fall, wo die Temperatur an irgendeiner anderen Stelle im Beurteilungsprozess verwendet wird, das Stattfinden eines erneuten Gefrierens des erzeugten Wassers in der Brennstoffzelle wirksam unterdrückt werden.
- (2) In dem Verfahren zum Steuern des Kühlmittels in der Brennstoffzelle des oben genannten Aspekts kann das Regulieren der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg das Regulieren der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf solche Weise beinhalten, dass sie niedriger wird als eine normale Strömungsrate, wenn festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist. Wenn die Einlasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs ist, in dem erzeugtes Wasser in der Brennstoffzelle nicht gefriert, wird gemäß dem Verfahren dieses Aspekts die Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg so reguliert, dass sie niedriger wird als die normale Strömungsrate, weswegen ein erneutes Gefrieren von erzeugtem Wasser in der Brennstoffzelle verhindert werden kann und die Stelle, wo Wärme in der Brennstoffzelle erzeugt wird, durch das Kühlmittel gekühlt wird und somit ein Absinken des Heizwerts der Stelle unterdrückt werden kann.
- (3) Das Verfahren zum Steuern des Kühlmittels in der Brennstoffzelle des oben genannten Aspekts kann ferner das Ermitteln einer Temperatur der Brennstoffzelle und das Regulieren der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf die normale Strömungsrate beinhalten, wobei die Feststellung, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, ebenso wie die Regulierung der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf solche Weise, dass sie höher wird als die normale Strömungsrate, wenn festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, und die Regulierung der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf oder unter die normale Strömungsrate, wenn festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, ausgeführt werden, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle während eines Zeitraums, in dem die Temperatur des Brennstoffzellensystems niedriger ist als eine Endtemperatur, die als Temperatur am Zeitpunkt des Endes eines Aufwärmbetriebs vorgegeben ist, und beendet werden, wenn die Temperatur des Brennstoffzellensystems auf oder über die Endtemperatur steigt, wobei der Zeitraum in einem Zeitraum enthalten ist, in dem der Aufwärmbetrieb beim Starten des Brennstoffzellensystems bei einer Temperatur unterhalb von null Grad Celsius ausgeführt wird, und die Regulierung der Strömungsrate des Kühlmittels im Umwälzströmungsweg auf die normale Strömungsrate ausgeführt wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle auf oder über die Endtemperatur steigt. Gemäß dem Verfahren dieses Aspekts kann während des Zeitraums, in dem der Aufwärmbetrieb ausgeführt wird, ein erneutes Gefrieren von erzeugtem Wasser in der Brennstoffzelle unterdrückt werden, und das Auftreten einer verteilten Temperatur innerhalb der Brennstoffzelle kann unterdrückt werden, weswegen die Zeit, die für den Aufwärmbetrieb nötig ist, verkürzt werden kann.
- (4) Im Verfahren zum Steuern des Kühlmittels in der Brennstoffzelle des oben genannten Aspekts kann die Feststellung, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur über der unteren Grenztemperatur liegt, beinhalten: Ermitteln der Auslasstemperatur, das heißt der Temperatur des Kühlmittels am Auslass des inneren Strömungswegs innerhalb des Umwälzströmungswegs; Feststellen, ob oder ob nicht die Auslasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist; Feststellen, ob oder ob nicht das Kühlmittel mit einem vorgegebenen Volumen, welches mindestens einem Volumen eines äußeren Strömungswegs des Umwälzströmungswegs entspricht, während des Zeitraums, der seit der vorangegangenen Beurteilung bis zur aktuellen Beurteilung, dass die Auslasstemperatur tatsächlich gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, abgelaufen ist, durch den Einlass strömt, wenn festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist; und Feststellen, dass die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, wenn festgestellt wird, dass das Kühlmittel mit dem vorgegebenen Volumen während der abgelaufenden Zeit durch den Einlass geströmt ist, und Feststellen, dass die Einlasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, wenn festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur nicht gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist oder das Kühlmittel mit dem vorgegebenen Volumen während der abgelaufenen Zeit nicht durch den Einlass geströmt ist. Gemäß dem Verfahren dieses Aspekts wird nicht festgestellt, dass die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, bis das Kühlmittel mit dem vorgegebenen Volumen, das dem Volumen des äußeren Strömungswegs entspricht, während des abgelaufenen Zeitraums durch den Einlass geströmt ist, und daher kann, wenn festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, die Beurteilung, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur gleich oder größer als die untere Grenztemperatur ist, exakt durchgeführt werden.
-
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Aspekten verwirklicht werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung in Aspekten wie einem Brennstoffzellensystem, einem Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem installiert ist, einem Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, wenn dieses unterhalb des Eispunkts bzw. Gefrierpunkts gestartet wird, einem Programm zur Verwirklichung eines Verfahrens zum Steuern des Stroms von Kühlwasser in einem Brennstoffzellensystem oder eines Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems, wenn dieses unterhalb des Eispunkts gestartet wird, und einem Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen eines solchen Programms implementiert werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist eine erläuternde Skizze, die schematisch ein Beispiel für Einstellungsinhalte eines Kühlwasserströmungsraten-Kennfelds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
3 ist eine erläuternde Skizze, die schematisch ein Beispiel für die Einstellungsinhalte eines Heizwert-Kennfelds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf eines Kühlwasserströmungsprozesses während eines Aufwärmens gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt; und
-
5 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf eines Einlasstemperaturvergleichs-Beurteilungsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
A. Ausführungsform:
-
A1. Systemaufbau:
-
1 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Brennstoffzellensystems als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird als Antriebsleistungliefersystem verwendet, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert ist. Das Brennstoffzellensystem 10 beinhaltet eine Brennstoffzelle 100, einen Brenngasliefer- und -ableitungsmechanismus 200, der auch als Brenngasliefer- und -ableitungssystem bezeichnet wird, einen Oxidationsgasliefer- und -ableitungsmechanismus 300, der auch als Oxidationsgasliefer- und -ableitungssystem bezeichnet wird, einen Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400, der auch als Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlsystem bezeichnet wird, einen Leistungsladungs- und -entladungsmechanismus 500, der auch als Leistungsladungs- und -entladungssystem bezeichnet wird, und eine Steuervorrichtung 600.
-
Die Brennstoffzelle 100 wird auch als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle bezeichnet, die einen Zellenstapel aufweist, der aus einer Mehrzahl von Einheitszellen 110, die in einer Stapelrichtung SD gestapelt sind, und aus zwei Stromabnahmeplatten 111 besteht, die als integrierte Elektroden fungieren, die jeweils an einer Außenseite der beiden Enden des Zellenstapels angeordnet sind. Jede Einheitszelle 110 beinhaltet eine Festpolymerelektrolytmembran, eine anodenseitige Katalysatorelektrodenschicht und eine kathodenseitige Katalysatorelektrodenschicht. Die anodenseitige Katalysatorelektrodenschicht und die kathodenseitige Katalysatorelektrodenschicht liegen von zwei Seiten an der Festpolymerelektrolytmembran an. Jede Einheitszelle 110 erzeugt Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff, der ein Brenngas ist, das zu einer anodenseitigen Katalysatorelektrodenschicht geliefert wird, und Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist und ein Oxidationsgas ist, das zu einer kathodenseitigen Katalysatorelektrodenschicht geliefert wird. Die Katalysatorelektrodenschicht wird von einem Katalysator, beispielsweise Kohlepartikeln mit einer Platin-(Pt)-Auflage, und einem Elektrolyten gebildet. In der Einheitszelle 110 ist eine Gasdiffusionsschicht, die von einem porösen Körper gebildet wird, an der Außenseite der Katalysatorelektrodenschicht an beiden Elektrodenseiten angeordnet. Als Beispiel kann ein poröser Kohlenstoffkörper wie Kohlepapier und Kohletuch usw. oder ein poröser Metallkörper wie ein Metallgitter oder ein geschäumtes Metall usw., kann als poröser Körper verwendet werden. Zweigrohre, die eine Verteilung des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlwassers ermöglichen, sind innerhalb der Brennstoffzelle 100 ausgebildet. 1 zeigt ein Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 anhand von gestrichelten Linien. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 einen Aufbau auf, bei dem ein Kühlwasserlieferungs-Zweigrohr und ein Kühlwasserableitungs-Zweigrohr (in der Figur nicht dargestellt), die entlang der Stapelrichtung SD ausgebildet sind, über einen Kühlwasserströmungsweg innerhalb der einzelnen Brennstoffzellen 110 miteinander verbunden sind. Man beachte, dass das oben beschriebene Kühlwasserlieferungs-Zweigrohr mit einem weiter unten beschriebenen Kühlwasserlieferweg 421 verbunden ist, der im Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400 enthalten ist. Darüber hinaus ist das oben beschriebene Kühlwasserableitungs-Zweigrohr mit einem weiter unten beschriebenen Kühlwasserableitungsweg 422 verbunden, der im Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400 enthalten ist.
-
Der Brenngasliefer- und -ableitungsmechanismus 200 führt eine Lieferung des Brenngases zur Brennstoffzelle 100 und eine Ableitung des anodenseitigen Abgases aus der Brennstoffzelle 100 durch. Der Brenngasliefer- und -ableitungsmechanismus 200 beinhaltet einen Wasserstofftank 210, ein Absperrventil 220, einen Injektor 221, einen Gas-Flüssigkeit-Abscheider 230, eine Umwälzpumpe 240, ein Spülventil 250, einen Brenngaslieferweg 261, einen ersten Brenngasableitungsweg 262, einen Brenngasumwälzweg 263 und einen zweiten Brenngasableitungsweg 264.
-
Der Wasserstofftank 210 speichert unter hohem Druck stehenden Wasserstoff und liefert Wasserstoffgas als Brenngas zur Brennstoffzelle 100 über den Brenngaslieferweg 261. Das Absperrventil 220 ist in der Nähe einer Lieferöffnung für das Brenngas im Wasserstofftank 210 angeordnet und schaltet zwischen der Lieferung und der Unterbrechung der Lieferung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 210 um. Der Injektor 221 ist im Brenngaslieferweg 261 angeordnet und reguliert die Liefermenge und den Lieferdruck des Wasserstoffgases zur Brennstoffzelle 100. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 230 ist im ersten Brenngasableitungsweg 262 angeordnet und scheidet das Wasser, das im anodenseitigen Abgas enthalten ist, welches aus der Brennstoffzelle 100 abgeleitet wird, ab und leitet es in den zweiten Brenngasableitungsweg 264 ab und leitet das Gas nach der Abscheidung von Wasser, das heißt das Brenngas, in den Brenngasumwälzweg 263 ab. Die Umwälzpumpe 240 ist im Brenngasumwälzweg 263 angeordnet und liefert das Brenngas, das aus dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 230 abgeleitet wird, in den Brenngaslieferweg 261. Das Spülventil 250 ist im zweiten Brenngasableitungsweg 264 angeordnet, und wenn es geöffnet ist, lässt es die Ableitung des Wassers und von Abgas, die vom Gas-Flüssigkeit-Abscheider 230 geschieden worden sind, in die Atmosphäre zu.
-
Der Oxidationsgasliefer- und -ableitungsmechanismus 300 führt eine Lieferung des Oxidationsgases zur Brennstoffzelle 100 und eine Ableitung des kathodenseitigen Abgases aus der Brennstoffzelle 100 durch. Der Oxidationsgasliefer- und -ableitungsmechanismus 300 weist einen Luftreiniger 310, einen Luftverdichter 320, ein Gegendruckregulierungsventil 340, einen Oxidationsgaslieferweg 331 und einen Oxidationsgasableitungsweg 332 auf. Der Luftreiniger 310 entfernt mit Hilfe eines Filters, der in seinem Inneren vorgesehen ist, Verunreinigungen wie Staub aus der Luft und liefert die Luft nach Entfernen der Verunreinigungen an den Luftverdichter 320. Der Luftverdichter 320 verdichtet die Luft, die vom Luftreiniger 310 geliefert wird, und leitet sie in den Oxidationsgaslieferweg 331 ab. Das Gegendruckregulierungsventil 340 ist im Oxidationsgasableitungsweg 332 angeordnet und reguliert den sogenannten Gegendruck, das heißt den Druck auf der Kathodenableitungsseite in der Brennstoffzelle 100. Der Oxidationsgasableitungsweg 332 ist mit dem oben beschriebenen zweiten Brenngasableitungsweg 264 verbunden, und das Wasser und das kathodenseitige Abgas, das durch den Oxidationsgasableitungsweg 332 abgeleitet wird, werden zusammen mit dem Wasser und dem anodenseitigen Abgas, das durch den zweiten Brenngasableitungsweg 264 abgeleitet wird, in die Atmosphäre abgeleitet.
-
Der Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400 reguliert die Temperatur der Brennstoffzelle 100 durch Umwälzen des Kühlwassers durch die Brennstoffzelle 100. Der Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400 beinhaltet einen Kühlkörper 410, einen Kühlwasserlieferweg 421, einen Kühlwasserableitungsweg 422, einen Umgehungsströmungsweg 423, ein Dreiwegeventil 430, eine Umwälzpumpe 440 und einen Temperatursensor 450.
-
Der Kühlkörper 410 ist mit dem Kühlwasserableitungsweg 422 und dem Kühlwasserlieferweg 421 verbunden und kühlt das Kühlwasser, das aus dem Kühlwasserableitungsweg 422 zuströmt, mit Hilfe der Luft, die von einem elektrisch angetriebenen, in der Figur nicht dargestellten Gebläse eingeblasen wird, und leitet es in den Kühlwasserlieferweg 421 ab. Ein Ende des Kühlwasserlieferwegs 421 ist mit dem Kühlkörper 410 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 in der Brennstoffzelle 100 verbunden. Ein Ende des Kühlwasserabführwegs 422 ist mit dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 in der Brennstoffzelle 100 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Kühlkörper 410 verbunden. Ein Ende des Umgehungsströmungswegs 423 ist mit dem Kühlwasserableitungsweg 422 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Kühlwasserlieferweg 421 verbunden. Durch Verteilen des Kühlwassers aus dem Kühlwasserableitungsweg 422 in den Kühlwasserlieferweg 421 unter Umgehung des Kühlkörpers 410 kann das Kühlwasser umgewälzt werden, ohne vom Kühlkörper 410 gekühlt zu werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird frostgeschütztes Wasser, beispielsweise Ethylenglycol, als Kühlwasser verwendet. Jedoch kann statt der Verwendung von nur frostgeschütztem Wasser jedes beliebige Medium, das einen Wärmetausch ermöglicht, beispielsweise ein gasförmiger Körper wie Luft, als das Kühlmittel verwendet werden.
-
Das Dreiwegeventil 430 ist an der Verbindungsstelle des Umgehungsströmungswegs 423 und des Kühlwasserlieferwegs 421 angeordnet. Durch die Regulierung der Ventilöffnung des Dreiwegeventils 430 wird gesteuert, ob und wie eine Verbindung zwischen dem Umgehungsströmungsweg 423 und dem Kühlwasserlieferweg 421 besteht. Genauer haben in einem Zustand, wo das Dreiwegeventil 430 geschlossen ist, der Umgehungsströmungsweg 423 und der Kühlwasserlieferweg 421 keine Verbindung miteinander. Zu dieser Zeit ist ein Umwälzströmungsweg im Brennstoffzellenumwälzungs-Kühlmechanismus 400 ausgebildet. Der Umwälzströmungsweg besteht aus dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 in der Brennstoffzelle 100, dem Kühlwasserableitungsweg 422, dem Kühlkörper 410, dem Kühlwasserlieferweg 421 und der Umwälzpumpe 440 zusammen. Im Gegensatz dazu stehen der Umgehungsströmungsweg 423 und der Kühlwasserlieferweg 421 in einem Zustand, wo das Dreiwegeventil 430 offen ist, in Verbindung miteinander. Zu dieser Zeit ist der in 1 durch gestrichelte Linien dargestellte Umwälzströmungsweg R1 im Brennstoffzellenumwälzungs-Kühlmechanismus 400 ausgebildet. Der Umwälzströmungsweg R1 besteht aus dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 in der Brennstoffzelle 100, dem Kühlwasserableitungsweg 422, dem Umgehungsströmungsweg 423, dem Kühlwasserlieferweg 421 und der Umwälzpumpe 440 zusammen. Genauer bewegt sich dann, wenn das Dreiwegeventil 430 ganz offen ist, das Kühlwasser, das vom Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 der Brennstoffzelle 100 in den Kühlwasserableitungsweg 422 abgeleitet wird, zum Umgehungsströmungsweg 423 statt zum Kühlkörper 410. Daher zirkuliert das Kühlwasser nur im oben beschriebenen Umwälzströmungsweg R1.
-
Die Umwälzpumpe 440 ist zwischen dem Dreiwegeventil 430 und der Brennstoffzelle 100 im Kühlwasserlieferweg 421 angeordnet und reguliert den Umwälzstrom des Kühlmittels im Brennstoffzellenumwälzungs-Kühlmechanismus 400. Der Temperatursensor 450 ist in der Nähe des Auslasses p2 des Kühlwasserverteilungs-Zweigohrs 120 im Kühlwasserableitungsweg 422 angeordnet, misst die Temperatur des Kühlwassers am Auslass p2 (im Folgenden als „die Auslasstemperatur” bezeichnet) und gibt ein Signal aus, das den Temperaturwert angibt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Auslasstemperatur als Temperatur der Brennstoffzelle 100 behandelt.
-
Der Leistungsladungs- und -entladungsmechanismus 500 liefert die elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 oder der Batterie 550 ausgegeben wird, an den Verbraucher 510. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Verbraucher 510 einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs oder verschiedene Hilfsvorrichtungen und ist mit der Stromabnehmerplatte 111 auf der Pluspolseite und der Stromabnehmerplatte 111 auf der Minuspolseite der Brennstoffzelle 100 verbunden. Der Leistungsladungs- und -entladungsmechanismus 500 beinhaltet einen Wechselrichter 520, ein Amperemeter 530, ein Voltmeter 540, einen Gleichrichter 560 und eine Batterie 550. Der Wechselrichter 520 ist parallel mit der Brennstoffzelle 100 und der Batterie 550 geschaltet, wandelt den Gleichstrom, der von der Brennstoffzelle 100 oder der Batterie 550 geliefert wird, in Wechselstrom um und liefert diesen an den Verbraucher 510. Das Amperemeter 530 misst den Stromwert, der von der Brennstoffzelle 100 ausgegeben wird, und gibt ein Signal aus, das den Stromwert angibt. Das Voltmeter 540 misst die Spannung, die von der Brennstoffzelle 100 ausgegeben wird, und gibt ein Signal aus, das den Spannungswert angibt. Der Gleichrichter 560 verstärkt die Ausgangsspannung der Batterie 550 und liefert diese an den Wechselrichter 520, und um die redundante elektrische Leistung der Brennstoffzelle 100 zu speichern, setzt er außerdem die Ausgangsspannung herab und liefert diese zur Batterie 550.
-
Die Steuervorrichtung 600 ist elektrisch mit dem Absperrventil 220, dem Injektor 221, der Umwälzpumpe 240, dem Spülventil 250, dem Luftverdichter 320, dem Gegendruckregulierungsventil 340, der Umwälzpumpe 440, dem Dreiwegeventil 430, dem Wechselrichter 520 und dem Gleichrichter 560, die bereits genannt worden sind, verbunden und steuert diese. Darüber hinaus ist die Steuervorrichtung 600 elektrisch mit dem Temperatursensor 450 verbunden und empfingt das Signal, das den Temperaturwert angibt, der vom Temperatursensor 450 ausgegeben wird. Die Steuervorrichtung 600 wird von einem (in der Figur nicht dargestellten) Mikrocomputer gebildet, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) beinhaltet, und durch Ausführen eines Steuerprogramms, das im ROM gespeichert ist, dient die CPU als Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610, als Strömungsabschnitt 620, als Aufwärmsteuerungsabschnitt 630, als Heizwerterfassungsabschnitt 640 und als Betriebssteuerungsabschnitt 650.
-
Im weiter unten beschriebenen Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet, führt der Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610 einen Prozess aus, mit dem festgestellt wird, ob oder ob nicht die Temperatur des Einlasses p1 des Kühlwasserverteilungs-Zweigrohrs 120 (nachstehend als „Einlasstemperatur” bezeichnet) bei oder über einer vorgegebenen Schwellentemperatur liegt (nachstehend als „Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess” bezeichnet). Durch Regulieren der Strömungsrate der Umwälzpumpe 440 steuert der Strömungsabschnitt 620 den Strom des Kühlmittels im Brennstoffzellen-Umwälz- und Kühlmechanismus 400. Der Aufwärmsteuerabschnitt 630 steuert den Aufwärmbetrieb, der im Brennstoffzellensystem 10 durchgeführt wird. Im Brennstoffzellensystem 10 wird der Aufwärmbetrieb durchgeführt, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100, das heißt die Auslasstemperatur, zu der Zeit, wenn die Zündung EIN ist, unter 0 Grad Celsius liegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird während des Aufwärmbetriebs durch Beschränken der zugeführten Menge an Luft, das heißt an Oxidationsgas, zur Brennstoffzelle 100 im Vergleich zum Normalbetrieb jede Einheitszelle 110 mit einem niedrigen Leistungserzeugungswirkungsgrad betrieben, und der Verlust bei der Leistungserzeugung (der Wärmeverlust) ist erhöht, wodurch die Temperatur steigt. Die Beschränkung der zugeführten Menge an Luft wird dadurch durchgeführt, dass das stöchiometrische Verhältnis der Luft bzw. die Luftzahl beispielsweise auf einen Wert nahe 1,0 eingestellt wird. Der Aufwärmbetrieb wird durchgeführt, bis die Einlasstemperatur die Aufwärmendtemperatur erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Aufwärmendtemperatur vorab als Einlasstemperatur eingestellt, wenn die Temperatur an jeder Stelle der Brennstoffzelle 100 über eine vorgegebene Temperatur gestiegen ist, die höher ist als 0 Grad Celsius. Zum Beispiel kann die Einlasstemperatur, die über einer vorgegebenen Temperatur von mindestens 72 Grad Celsius und höchstens 80 Grad Celsius liegt, wobei es sich um die Temperatur handelt, bei der in jeder Brennstoffzelle Leistung mit hohem Wirkungsgrad erzeugt werden kann, vorab als die Aufwärmendtemperatur eingestellt werden. Der Heizwerterfassungsabschnitt 640 erfasst den Heizwert der Brennstoffzelle 100. Durch Steuern jedes der oben beschriebenen funktionellen Abschnitte 610 bis 640 und durch Steuern des Antreibens und Anhaltens jeder Komponente, die elektrisch mit der Steuervorrichtung 600 verbunden ist, beispielsweise des Luftverdichters 320 und des Injektors 221, steuert der Betriebssteuerungsabschnitt 650 den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 einschließlich der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100.
-
Im ROM der Steuervorrichtung 600 (der in der Figur nicht dargestellt ist) sind zusätzlich zum oben beschriebenen Steuerprogramm ein Kühlwasserströmungsraten-Kennfeldspeicherabschnitt 660 und ein Heizwert-Kennfeldspeicherabschnitt 670 vorgesehen. Ein Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld ist bereits im Kühlwasserströmungsraten-Kennfeldspeicherabschnitt 660 gespeichert. Ein Heizwert-Kennfeld ist bereits im Heizwert-Kennfeldspeicherabschnitt 670 gespeichert.
-
2 ist eine erläuternde Zeichnung, die schematisch ein Beispiel für Einstellungsinhalte eines Kühlwasserströmungsraten-Kennfelds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In 2 zeigt die horizontale Achse den Heizwert der Brennstoffzelle 100 und eine vertikale Achse zeigt die Kühlwasserströmungsrate (das Volumen des Kühlwassers, das pro Zeiteinheit strömt). Im Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld sind der Heizwert der Brennstoffzelle 100 und die Kühlwasserströmungsrate korreliert. Die Punkt-Strich-Linie Ls in 2 zeigt die Entsprechung bzw. Beziehung zwischen dem Heizwert, der während des Normalbetriebs verwendet wird, und der Kühlwasserströmungsrate. Während des Normalbetriebs bestimmt der Strömungsratensteuerungsabschnitt 620 den Kühlwasserstrom auf Basis des Heizwerts der Brennstoffzelle 100 unter Bezugnahme auf die Linie Ls fest und steuert die Umwälzpumpe 440 so, dass die bestimmte Strömungsrate erreicht wird. Der oben beschriebene „Normalbetrieb” gibt den Zustand an, in dem die Brennstoffzelle 100 unter der Annahme betrieben wird, dass das stöchiometrische Verhältnis von Sauerstoff bei 1,3 bis 1,8 liegt. Wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist, gibt darüber hinaus bei einem Aufbau, bei dem der Brennstoffzellenstapel 10 in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird, ein Normalbetrieb den Betriebszustand der Brennstoffzelle 100 an, wenn das Fahrzeug in einem stetigen Zustand läuft. Anders ausgedrückt beinhaltet der Normalbetrieb nicht den Betriebszustand der Brennstoffzelle 100, wenn ein intermittierender oder transienter Betrieb durchgeführt wird.
-
Die sieben Linien L1, L2, L3, L4, L5, L6 und L7 in 2, die von einer durchgezogenen Linie gezeigt sind, zeigen die Entsprechung zwischen dem Heizwert und der Kühlwasserströmungsrate, wenn der das Aufwärmen begleitende Kühlwasserströmungsprozess, der weiter unten beschrieben wird, während eines Startens unterhalb des Eispunkt bzw. Gefrierpunkt durchgeführt wird. Diese sieben Linien L1 bis L7 werden abhängig von der Temperatur der Brennstoffzelle 100, das heißt von der Auslasstemperatur eingestellt. Genauer wird die Linie L1 als die Entsprechung zwischen dem Heizwert und der Kühlwasserströmungsrate eingestellt, die verwendet wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 am niedrigsten ist, und danach werden die Linien L2, L3, L4, L5, L6 und L7 in dieser Reihenfolge als Entsprechung eingestellt, die verwendet wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 relativ höher ist. Die Linie L7 wird verwendet, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 bei oder über der unteren Grenztemperatur des Temperaturbereichs liegt, in dem das erzeugte Wasser, das in den einzelnen Einheitszellen 110 entsteht, nicht gefriert. Genauer wird in der vorliegenden Ausführungsform die Linie L7 verwendet, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 bei 0 Grad Celsius oder höher liegt. Im Gegensatz dazu werden die übrigen Linien L1 bis L6 verwendet, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 niedriger ist als 0 Grad Celsius. Während des Startens unter dem Eispunkt bestimmt der Strömungsabschnitt 620 den Kühlwasserstrom auf Basis des Heizwerts der Brennstoffzelle 100 unter Bezugnahme auf die sieben Linien L1 bis L7 und steuert die Umwälzpumpe 440 so, dass die bestimmte Strömungsrate erreicht wird.
-
Für die sechs Linien L1 bis L6 von den sieben Linien L1 bis L7 wird die Kühlwasserströmungsrate ebenfalls so eingestellt, dass sie gemäß der Zunahme des Heizwerts ansteigt. Dies dient dazu, den Austausch von Wärme zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 durch Erhöhen der Kühlwasserströmungsrate gemäß der Zunahme des Heizwerts zu fördern, um eine verteilte Wärme zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 zu verringern. Außerdem ist der Kühlwasserstrom so eingestellt, dass er umso höher wird, je höher die Temperatur der Brennstoffzelle 100 ist, wenn diese sechs Linien L1 bis L6 den gleichen Heizwert aufweisen. Anders ausgedrückt wird der Kühlwasserstrom so eingestellt, dass er umso niedriger wird, je tiefer die Temperatur der Brennstoffzelle 100 sinkt, wenn der Heizwert gleich ist. Der Grund für diese Einstellung wird nachstehend erläutert. Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 niedriger ist als die untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs, in dem das erzeugte Wasser nicht gefriert, wird mit einem starken Kühlwasserstrom jede Einheitszelle 110 vom Kühlwasser gekühlt und es kann dazu kommen, dass erzeugtes Wasser erneut gefriert. Wenn der Heizwert niedriger ist, sinkt außerdem der Heizwert bei einem starken Kühlwasserstrom, da die Stelle, wo Wärme erzeugt wird, gekühlt wird, und somit wird ein Aufwärmen unterdrückt. Bei einem gleichen Heizwert der sechs Linien L1 bis L6 wird somit der Kühlwasserstrom so eingestellt, dass er umso schwächer wird, je mehr die Temperatur der Brennstoffzelle 100 sinkt, und somit wird nicht nur das erneute Gefrieren von erzeugtem Wasser begrenzt, sondern es wird auch das Absinken des Heizwerts unterdrückt. Bei einem gleichen Heizwert der sechs Linien L1 bis L6 wird darüber hinaus eine Kühlwasserströmungsrate eingestellt, die niedriger ist als die Linie Ls während des Normalbetriebs. Der Grund für diese Einstellung ist der gleiche wie der Grund für die Einstellung des Kühlwasserstroms auf solche Weise, dass dieser beim gleichen Heizwert umso schwächer wird, je tiefer die Temperatur der Brennstoffzelle 100 sinkt, wie oben beschrieben. Anders ausgedrückt wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 niedriger ist als die untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs, in dem erzeugtes Wasser nicht gefriert, der Kühlwasserstrom unter den Wert während des Normalbetriebs gesteuert, um das erneute Gefrieren von erzeugtem Wasser durch die Umwälzung des Kühlwassers einzudämmen.
-
Im Gegensatz dazu wird in der Linie L7 unabhängig vom Heizwert eine im Vergleich zur Linie Ls während des Normalbetriebs hohe Kühlwasserströmungsrate eingestellt. Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 bei oder über 0 Grad Celsius liegt, kommt es in den einzelnen Einheitszellen 110 auch dann nicht zu einem erneuten Gefrieren von erzeugtem Wasser, wenn das Kühlwasser umgewälzt wird. Daher wird in einem solchen Fall dadurch, dass so viel Kühlwasser wie möglich umgewälzt wird, in einem kurzen Zeitraum Wärme auf jede Einheitszelle 110 übertragen, und das Auftreten einer verteilten Wärme zwischen den Einheitszellen 110 wird unterdrückt, wodurch eine Verkürzung der Aufwärmzeit der Brennstoffzelle 100 ermöglicht wird. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform in der Linie L7 der Obergrenzenstrom Fa, das heißt der Strom, der von der Umwälzpumpe 440 geliefert werden kann und der die Bedingungen für Vibrationen und Geräusche erfüllt, die mit dem Antreiben der Pumpe einhergehen, unabhängig vom Heizwert als Kühlwasserstrom eingestellt.
-
3 ist eine erläuternde Skizze, die schematisch ein Beispiel für die Einstellungsinhalte eines Heizwert-Kennfelds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In 3 zeigt die horizontale Achse die Temperatur der Brennstoffzelle 100 und die vertikale Achse zeigt den Heizwert. Im Heizwert-Kennfeld sind die Temperatur der Brennstoffzelle 100 und der Heizwert der Brennstoffzelle 100 korreliert. Jede von den drei Kurvenlinien L11, L12 und L13 in 3 zeigt die Entsprechung bzw. Beziehung zwischen der Temperatur der Brennstoffzelle 100 und dem Heizwert der Brennstoffzelle 100. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Temperatur der Brennstoffzelle 100 und der Heizwert der Brennstoffzelle 100 abhängig von der Leistungsmenge eingestellt, die von der Brennstoffzelle 100 erzeugt wird. Genauer wird die Linie L11 als die Entsprechung zwischen der Temperatur der Brennstoffzelle 100 und dem Heizwert der Brennstoffzelle 100 eingestellt, die verwendet wird, wenn die Menge an erzeugter Leistung am niedrigsten ist, und danach werden die Linien L12 und L13 in dieser Reihenfolge als Entsprechungen eingestellt, die verwendet werden, wenn die Menge an erzeugter Leistung relativ höher ist.
-
Bei gleicher Temperatur der Brennstoffzelle 100 wird der Heizwert höher, wenn die Menge an erzeugter Leistung größer wird. Bei gleicher Temperatur der Brennstoffzelle 100 ist daher der Heizwert der Brennstoffzelle in der Reihenfolge der Linien L13, L12 und L11 groß. Wie in jeder Linie L11 bis L13 dargestellt ist, wird in einem relativ niedrigen Temperaturbereich die Änderung des Heizwerts in Bezug auf die Änderung der Temperatur groß. Genauer steigt in einem Niedertemperaturbereich der Heizwert mit einer leichten Abnahme der Temperatur scharf an. Der Grund dafür ist, dass die Aktivierung des Katalysators in den einzelnen Einheitszellen 110 behindert wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 im Niedertemperaturbereich sinkt, und außerdem wird die wirksame Menge an Katalysator, die als Katalysator fungieren kann, anders ausgedrückt die wirksame Wärmeerzeugungsfläche, aufgrund einer Flutung kleiner, weswegen der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung sinkt und Wärme erzeugt wird. Ebenso steigt in einem Hochtemperaturbereich der Heizwert mit einem leichten Anstieg der Temperatur scharf an. Der Grund dafür ist, dass die Festpolymerelektrolytmembran in den einzelnen Einheitszellen 110 austrocknet, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 100 im Hochtemperaturbereich steigt, was bewirkt, dass der Widerstandswert der Membran steigt, was zu einer Wärmeerzeugung führt. Ein solches Wärmeerzeugungsmengen-Kennfeld kann dadurch eingestellt werden, dass man die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Heizwert der Brennstoffzelle 100 vorab experimentell festgestellt.
-
In dem Brennstoffzellensystem 10, das den oben beschriebenen Aufbau aufweist, kann aufgrund der Ausführung des das Aufwärmen begleitenden Kühlwasserströmungsprozesses, der weiter unten beschrieben wird, zur Zeit der Ausführung des Aufwärmbetriebs die Aufwärmbetriebsdauer verkürzt werden. Das oben beschriebene Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 entspricht dem inneren Strömungsweg in den Ansprüchen. Darüber hinaus entspricht der Umwälzströmungsweg R1 dem Umwälzströmungsweg in den Ansprüchen, und der Kühlwasserableitungsweg 422, der Umgehungsströmungsweg 423, der Kühlwasserlieferweg 421 und die Umwälzpumpe 440 entsprechen dem äußeren Strömungsweg in den Ansprüchen.
-
A2. Kühlwasserströmungsprozess während des Aufwärmens:
-
4 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf eines Kühlwasserströmungsverfahrens während eines Aufwärmens gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wenn in dem Brennstoffzellensystem 10 der oben beschriebene Aufwärmbetrieb gestartet wird, wird auch der Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet, gestartet. Zu der Zeit, wenn der Aufwärmbetrieb gestartet wird, ist das Dreiwegeventil 430 ganz offen, und der Umwälzströmungsweg R1 ist gebildet. Daher wird das gesamte Kühlwasser, das aus dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 abgeleitet wird, in den Umgehungsströmungsweg 423 geleitet. Zu der Zeit, wenn der das Aufwärmen begleitende Kühlwasserströmungsprozess gestartet wird, wird die Umwälzpumpe 440 nicht angetrieben, und daher ist die Menge des umgewälzten Kühlwassers im Umwälzströmungsweg R1 null. Die oben beschriebene „Menge des umgewälzten Kühlwassers im Umwälzströmungsweg R1” gibt die Menge des Kühlwassers an, die durch den Umwälzströmungsweg R1 strömt, und impliziert in der vorliegenden Ausführungsform die Menge (das Volumen) des Kühlwassers, das an einer beliebigen Stelle (zum Beispiel am Einlass p1) durch den Umwälzströmungsweg R1 strömt. Im Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet, führt der Temperaturvergleichs-Beurteilungsabschnitt 610 den Einlasstemperaturvergleichs- und Beurteilungsprozess (Schritt S105) aus.
-
5 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf eines Einlasstemperaturvergleichs- und Beurteilungsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Temperaturvergleichs- und Beurteilungsabschnitt 610 ermittelt die Auslasstemperatur (Schritt S205) und stellt fest, ob die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S210). Falls festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur nicht 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S210: NEIN), erfasst der Temperaturvergleichs- und Beurteilungsabschnitt 610, dass die Temperatur des Einlasses p1 unter 0 Grad Celsius liegt (Schritt S215). Im Strömungsweg, der durch den Kühlwasserableitungsweg 422, den Umgehungsströmungsweg 423, den Kühlwasserlieferweg 421 und die Umwälzpumpe 440 verläuft (nachstehend als „äußerer Strömungsweg” bezeichnet), existiert keine Wärmeerzeugungsstelle. Im Gegensatz dazu wird im Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 durch den Aufwärmbetrieb Abwärme in den einzelnen Einheitszellen 110 erzeugt. Daher ist im Umwälzströmungsweg R1 die Temperatur des Kühlwassers am Auslass p2 am höchsten, wo das Kühlwasser zusammenkommt, das durch die einzelnen Einheitszellen 110 im Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 strömt. Wenn die Auslasstemperatur nicht 0 Grad Celsius oder höher ist, das heißt, wenn die Auslasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt, wird infolgedessen im obigen Schritt S215 erfasst, dass „die Temperatur am Einlass p1 unter 0 Grad Celsius liegt”.
-
Wenn im oben beschriebenen Schritt S210 festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S210: JA), bestimmt der Temperaturvergleichs- und Beurteilungsabschnitt 610 die Menge des Kühlwassers, die während des Zeitraums ab der vorangegangenen Beurteilung bis zur aktuellen Beurteilung umgewälzt wird (im Folgenden als „Beurteilungszeitraum” bezeichnet) in Schritt S210 aus der Tatsache, dass die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S220). Wie weiter unten beschrieben wird, wird im Kühlwasserströmungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung, der das Aufwärmen begleitet, der Einlasstemperaturvergleichs- und Beurteilungsprozess wiederholt ausgeführt, bis die Einlasstemperatur der Aufwärmendtemperatur gleich ist. Daher wird Schritt S210 ebenfalls wiederholt ausgeführt. In Schritt S220 wird der Zeitraum ab der vorangegangenen Beurteilung bis zur aktuellen Beurteilung, dass die Auslasstemperatur tatsächlich 0 Grad Celsius oder höher ist, festgestellt, und durch Multiplizieren dieses Zeitraums mit der Kühlwasserströmungsrate, die auf Basis der oben beschriebenen Linien L1 bis L7 des Kühlwasserströmungsraten-Kennfelds bestimmt wird, kann die Menge des umgewälzten Kühlwassers festgestellt werden. Es sei klargestellt, dass dann, wenn Schritt S220 zuerst ausgeführt wird, festgestellt wird, dass die Umwälzströmungsrate „null” ist, da die Umwälzpumpe 440 nicht angetrieben wird. Der oben beschriebene Beurteilungszeitraum entspricht der abgelaufenen Zeit in den Ansprüchen.
-
Auf Basis der in Schritt S220 festgestellten Umwälzmenge bestimmt der Temperaturvergleichs- und Beurteilungsabschnitt 610, ob oder ob nicht das Kühlwasser, das ein Volumen von mindestens einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 aufweist, im Beurteilungszeitraum durch den Umwälzströmungsweg R1 zirkuliert (Schritt S225). Das Volumen des Umwälzströmungswegs R1 ist bereits im ROM der Steuervorrichtung 600 gespeichert, und der Temperaturvergleichs- und Beurteilungsabschnitt 610 kann dieses Volumen mit der in Schritt S220 festgestellten Umwälzmenge vergleichen, um zu bestimmen, ob das Kühlwasser, das ein Volumen von mindestens einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 aufweist, innerhalb des Beurteilungszeitraums zirkuliert.
-
Wenn bestimmt wird, dass Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 nicht innerhalb des Beurteilungszeitraums zirkuliert (Schritt S225: NEIN), wird der oben beschriebene Schritt S215 ausgeführt. Daher wird in einem solchen Fall angenommen, dass die Einlasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt. Wenn dagegen bestimmt wird, dass Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens einem Zyklus des äußeren Strömungswegs R1 innerhalb des Beurteilungszeitraums zirkuliert (Schritt S225: JA), stellt die Temperaturvergleichs- und Beurteilungseinheit 610 fest, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S230). Der Grund dafür, dass angenommen wird, dass die Einlasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt, wenn bestimmt wird, dass Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens einem Zyklus des äußeren Strömungswegs innerhalb des Beurteilungszeitraums zirkuliert, wird nachstehend beschrieben. Wie oben beschrieben, ist die Stelle, wo die Temperatur des Kühlwassers im Umwälzströmungsweg R1 am höchsten ist, der Auslass p2. Im Gegensatz dazu ist die Stelle, wo die Temperatur des Kühlwassers im Umwälzströmungsweg R1 am niedrigsten ist, der Einlass p1, der im äußeren Strömungsweg, der keine Wärmeerzeugungsstellen aufweist, am weitesten weg liegt vom Auslass p2. Daher kann zu dem Zeitpunkt, zu dem festgestellt wird, dass die Temperatur am Auslass p2 0 Grad Celsius oder höher ist, die Temperatur des Einlasses p1 niedriger sein als 0 Grad Celsius. Wenn Kühlwasser mit einem Volumen von einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 zirkuliert, nachdem festgestellt worden ist, dass die Temperatur des Auslasses p2 0 Grad Celsius oder höher ist, zirkuliert das Wasser mit einer relativ hohen Temperatur, das im Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 vorhanden ist, über einen Zyklus, wenn festgestellt wird, dass die Temperatur am Auslass p2 0 Grad Celsius oder höher ist, und daher ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Temperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, auch Einlass p1 hoch. Somit wird in diesem Fall erfasst, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist.
-
Wie in 4 dargestellt ist, stellt der Strömungsabschnitt 620 nach Abschluss der Ausführung des oben beschriebenen Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozesses auf Basis des Ergebnisses des Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozesses fest, ob oder ob nicht erfasst wird, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S110). Falls der Strömungsabschnitt 620 nicht feststellt, dass erfasst wird, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, anders ausgedrückt, wenn der Strömungsabschnitt 620 feststellt, dass erfasst wird, dass die Einlasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt (Schritt S110: NEIN), wälzt der Strömungssabschnitt 620 das Kühlwasser mit einer Strömungsrate um, die niedriger ist als während des Normalbetriebs. „Eine Strömungsrate, die niedriger ist als während des Normalbetriebs”, impliziert einen Strom, der schwächer ist als der Strom in dem Fall, wo der Heizwert der Brennstoffzelle 100 während des Normalbetriebs gleich ist. Genauer bestimmt der Strömungsabschnitt 620 den Heizwert der Brennstoffzelle 100 unter Bezugnahme auf das Heizwert-Kennfeld auf der Basis der Auslasstemperatur, die im oben beschriebenen Schritt S205 ermittelt wird, und der Menge der Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 erzeugt wird. Die Menge der Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 erzeugt wird, kann aus dem Stromwert, der vom Amperemeter 530 gemessen wird, und aus dem Spannungswert, der vom Voltmeter 540 gemessen wird, bestimmt werden. Falls der Heizwert der Brennstoffzelle 100 nicht der Heizwert ist, der einer der drei Linien L11 bis L13 entspricht, kann der Heizwert der Brennstoffzelle 100 durch das Interpolationsverfahren unter Verwendung der Linie bestimmt werden, die der näheren Menge der erzeugten Leistung entspricht. Ebenso bestimmt der Strömungsabschnitt 620 die Strömungsrate des Kühlwassers unter Bezugnahme auf das Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld auf Basis des festgestellten Heizwerts und der Auslasstemperatur und steuert die Umwälzpumpe 440 so, dass die bestimmte Strömungsrate erreicht wird.
-
Falls Schritt S115 ausgeführt wird, ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Auslasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt, hoch, und daher ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Kühlwasserstrom auf Basis der sechs in 2 gezeigten Linien L1 bis L6, bestimmt wird, hoch. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Strom anhand des Interpolationsverfahrens unter Verwendung der Linie bestimmt werden, die der näheren Temperatur entspricht, wenn die Auslasstemperatur keine Temperatur ist, die einer der sechs Linien L1 bis L6 entspricht. Beim gleichen Heizwert ist der Kühlwasserstrom von jeder der Linien L1 bis L6 schwächer als der Kühlwasserstrom der Linie Ls. Durch Steuern der Umwälzpumpe 440 auf solche Weise, dass die Strömungsrate erreicht wird, die auf Basis der sechs Linien L1 bis L6 bestimmt wird, kann daher das Kühlwasser mit einer Strömungsrate umgewälzt werden, die niedriger ist als während eines Normalbetriebs. Da das Kühlwasser mit einer Strömungsrate umgewälzt wird, die niedriger ist als während des Normalbetriebs, kann ein erneutes Gefrieren des erzeugten Wassers in den einzelnen Einheitszellen 110 unterdrückt werden. Außerdem werden das Kühlen der Wärmeerzeugungsstellen in den einzelnen Einheitszellen 110 durch das Kühlwasser und somit das Absinken des Heizwerts unterdrückt. Der Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610 führt den Schritt S115 ab dem Startzeitpunkt des Schrittes S115 bis zum Ablauf des vorgegebenen Zeitraums wiederholt aus, und wenn der vorgegebene Zeitraum abgelaufen ist (Schritt S120: JA), kehrt der Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610 zum oben beschriebenen Schritt S105 zurück.
-
Wenn im oben beschriebenen Schritt S110 festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist (Schritt S110: JA), stellt der Strömungsabschnitt 620 fest, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur bei oder über der Aufwärmendtemperatur liegt (Schritt S125). Falls festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur bei oder über der Aufwärmendtemperatur liegt (Schritt S125: JA), endet der Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet. Gleichzeitig endet auch der Aufwärmbetrieb und wechselt in den Normalbetrieb. Infolgedessen öffnet sich das Dreiwegeventil 430, und mindestens ein Teil des Kühlwassers, das aus dem Kühlwasserverteilungs-Zweigrohr 120 abgeleitet wird, wird in den Kühlkörper 410 gespeist. Darüber hinaus wird der Strom des Kühlwassers unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Linie Ls bestimmt.
-
Wenn im oben beschriebenen Schritt S125 festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur nicht bei oder über der Aufwärmendtemperatur liegt (Schritt S125: NEIN), wälzt der Strömungsabschnitt 620 das Kühlwasser bei einer Strömungsrate um, die höher ist als während des Normalbetriebs (Schritt S130). „Eine Strömungsrate, die höher ist als während des Normalbetriebs”, impliziert eine Strömungsrate, die beim gleichen Heizwert der Brennstoffzelle 100 niedriger ist als die Strömungsrate während des Normalbetriebs. Genauer bestimmt der Strömungsabschnitt 620 den Heizwert der Brennstoffzelle 100 unter Bezugnahme auf das Heizwert-Kennfeld auf der Basis der Auslasstemperatur, die im oben beschriebenen Schritt S205 ermittelt wird, und der Menge der Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 erzeugt wird. Ebenso bestimmt der Strömungsabschnitt 620 die Strömungsrate des Kühlwassers unter Bezugnahme auf das Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld auf Basis des festgestellten Heizwerts und der Auslasstemperatur und steuert die Umwälzpumpe 440 so, dass die bestimmte Strömungsrate erreicht wird. Das Kühlwasser-Kennfeld, auf das zu dieser Zeit Bezug genommen wird, ist die in 2 dargestellte Linie L7, da die Auslasstemperatur über 0 Grad Celsius liegt. Die Kühlwasserströmungsrate dieser Linie L7 ist beim gleichen Heizwert höher als die Kühlwasserströmungsrate, die von der Linie Ls gezeigt wird. Durch Steuern der Umwälzpumpe 440 auf solche Weise, dass die Strömungsrate erreicht wird, die auf Basis der Linie L7 bestimmt wird, kann daher das Kühlwasser mit einer Strömungsrate umgewälzt werden, die höher ist als während eines Normalbetriebs. Da das Kühlwasser mit einer Strömungsrate umgewälzt wird, die höher ist als während des Normalbetriebs, wird der Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 gefördert, und das Auftreten einer verteilten Temperatur zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 wird unterdrückt. Infolgedessen ist die Aufwärmzeit verkürzt.
-
Der Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610 führt den Schritt S130 ab dem Startzeitpunkt des Schrittes S130 bis zum Ablauf des vorgegebenen Zeitraums wiederholt aus, und wenn der vorgegebene Zeitraum abgelaufen ist (Schritt S135: JA), kehrt der Temperaturvergleichs- und -beurteilungsabschnitt 610 zum oben beschriebenen Schritt S105 zurück.
-
Im Brennstoffzellensystem 10 gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird die Strömungsrate des Kühlwassers unter die Strömungsrate während des Normalbetriebs gesenkt, wenn die Temperatur des Einlasses p1 unter dem unteren Grenzwert des Temperaturbereichs liegt, in dem erzeugtes Wasser nicht erneut gefriert. Daher kann ein erneutes Gefrieren von erzeugtem Wasser in den einzelnen Einheitszellen 110 unterdrückt werden, und das Sinken des Heizwerts aufgrund einer Abkühlung der Wärmeerzeugungsstellen in den einzelnen Einheitszellen 110 durch das Kühlwasser kann unterdrückt werden. Darüber hinaus wird die Strömungsrate des Kühlwassers über die Strömungsrate während des Normalbetriebs hinaus erhöht, wenn die Temperatur des Einlasses p1 bei oder über der unteren Grenztemperatur des Temperaturbereichs liegt, in dem erzeugtes Wasser nicht erneut gefriert. Daher kann der Austausch von Wärme zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 gefördert werden, und das Auftreten einer verteilten Wärme zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 kann unterdrückt werden. Infolgedessen kann im Brennstoffzellensystem 10 die Aufwärmzeit für die gesamte Brennstoffzelle 100 verkürzt werden, und die Zeit, die für den Aufwärmbetrieb nötig ist, kann ebenfalls verkürzt werden.
-
Darüber hinaus wird im Brennstoffzellensystem 10 die Einlasstemperatur verwendet, um den Zeitpunkt zum Umschalten aus dem Zustand, in dem die Strömungsrate des Kühlwassers niedriger ist als während des Normalbetriebs, in den Zustand, in dem der Strom stärker ist, zu bestimmen. Das heißt, wenn die Einlasstemperatur bei oder über einer vorgegebenen Temperatur (0 Grad Celsius) liegt, wird die Strömungsrate des Kühlwassers aus dem Zustand, in dem die Strömungsrate unter derjenigen während des Normalbetriebs liegt, in den Zustand geschaltet, in dem die Strömungsrate höher ist. Wegen der Verwendung der Einlasstemperatur für die Feststellung des Zeitpunkts zum Umschalten kann die Beurteilung exakt durchgeführt werden. Die Einlasstemperatur ist die niedrigste Temperatur im Umwälzströmungsweg R1. Wenn diese Temperatur höher ist als der untere Grenzwert des Temperaturbereichs, in dem erzeugtes Wasser nicht erneut gefriert, liegt die Temperatur des Kühlwassers an jeder Stelle des Umwälzströmungswegs R1 über dem unteren Grenzwert des Temperaturbereichs, in dem erzeugtes Wasser nicht gefriert. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit für ein erneutes Gefrieren von erzeugtem Wasser in den einzelnen Einheitszellen 110 niedrig, obwohl die Strömungsrate des Kühlwassers in einen Zustand geschaltet wird, in dem sie höher ist als während des Normalbetriebs.
-
Wenn die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, wird darüber hinaus nicht angenommen, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, bis die Umwälzung des Kühlmittels, das ein Volumen von mindestens einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 aufweist, abgeschlossen ist, und daher kann exakt festgestellt werden, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist. Da der Temperatursensor 450 in der Nähe des Auslasses p2 angeordnet ist, muss der Temperatursensor daher nicht in der Nähe des Einlasses p1 angeordnet sein. Daher kann ein größerer freier Raum in der Nähe des Einlasses p1 sichergestellt werden, wodurch eine einfache Installation der Umwälzpumpe 440 möglich ist und gleichzeitig die Verwendung einer größeren Pumpe als Umwälzpumpe 440 möglich ist.
-
B. Modifizierungen:
-
B1: Modifizierung 1:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Kühlwasserstrom so eingestellt, dass er als Folge einer Erhöhung des Heizwerts im Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld, das in dem Fall verwendet wird, wo erfasst wird, dass die Einlasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt, das heißt in den sechs Linien L1 bis L6, die in 2 dargestellt sind, verstärkt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann anstelle der sechs Linien L1 bis L6 eine Linie, in der die Kühlwasserströmungsrate null ist, unabhängig vom Heizwert eingestellt werden. Auch in einem solchen Aufbau wird eine Kühlwasserströmungsrate, die niedriger ist als die Linie Ls, eingestellt, wenn der Heizwert der gleiche ist. Darüber hinaus kann die Linie Ls anstelle der sechs Linien L1 bis L6 als Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld verwendet werden, wenn erfasst wird, dass die Einlasstemperatur unter 0 Grad Celsius liegt. Auch bei einem solchen Aufbau wird wegen der Verwendung der Linie L7 in dem Fall, wo erfasst wird, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, der Austausch von Wärme zwischen den einzelnen Einheitszellen 110 gefördert, weswegen die Zeit, die für den Aufwärmbetrieb nötig ist, nachdem die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher geworden ist, verkürzt werden kann.
-
Darüber hinaus wurde in dem Kühlwasserströmungsraten-Kennfeld, das verwendet wird, wenn die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, das heißt in der Linie L7, die in 2 dargestellt ist, eine feste Strömungsrate Fa unabhängig vom Heizwert eingestellt, aber anstelle der Strömungsrate Fa kann eine Strömungsrate mit einem beliebigen festen Wert eingestellt werden. Ebenso kann genau wie bei den sechs Linien L1 bis L6 die Linie L7 so eingestellt werden, dass die Kühlwasserströmungsrate als Folge einer Erhöhung des Heizwerts höher wird. In einem solchen Aufbau wird eine Kühlwasserströmungsrate, die höher ist als die Kühlwasserströmungsrate der Linie Ls, in der Linie L7 eingestellt.
-
B2: Modifizierung 2:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird auf Basis der Auslasstemperatur erfasst, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Statt am Auslass p2 oder zusätzlich zum Auslass p2 kann der Temperatursensor am Einlass p1 angeordnet werden, die Temperatur, die vom Temperatursensor ermittelt wird, kann als Einlasstemperatur behandelt werden, und es kann festgestellt werden, ob oder ob nicht die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist. In einem solchen Aufbau kann der Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess vereinfacht sein, was eine Verkürzung der Zeit ermöglicht, die für den Kühlwassersteuerungsprozess, der das Aufwärmen begleitet, erforderlich ist.
-
B3. Modifizierung 3:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess als Schritt des Kühlwasserströmungsprozesses, der das Aufwärmen begleitet, durchgeführt, aber der Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess kann auch als Prozess ausgeführt werden, der unabhängig ist von dem Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet. In einem solchen Aufbau kann der Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess wiederholt ausgeführt werden, und ein Prozess, der die neuesten Verarbeitungsergebnisse des Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozesses ermittelt, kann als erster Prozess im Kühlwasserströmungsprozess, der das Aufwärmen begleitet, vorgesehen sein.
-
B4: Modifizierung 4:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde 0 Grad Celsius als unterer Grenzwert des Temperaturbereichs genommen, in dem das erzeugte Wasser in den einzelnen Einheitszellen 110 nicht gefriert, jedoch ist die Temperatur nicht auf 0 Grad Celsius beschränkt, und es kann jede beliebige Temperatur eingestellt werden. Zum Beispiel kann eine geeignete Temperatur gemäß der Nutzungsumgebung und der Art des Kühlmittels eingestellt werden, beispielsweise –5 Grad Celsius, –10 Grad Celsius oder +3 Grad Celsius usw.
-
B5: Modifizierung 5:
-
Im Einlasstemperaturvergleichs- und -beurteilungsprozess gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wurde angenommen, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, wenn festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist und außerdem festgestellt wird, dass Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens einem Zyklus des Umwälzströmungswegs R1 innerhalb des Beurteilungszeitraums umgewälzt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es kann angenommen werden, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, wenn festgestellt wird, dass die Auslasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist und wenn festgestellt wird, dass Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens dem äußeren Strömungsweg zirkuliert. Wenn Kühlwasser mit einem Volumen von mindestens dem äußeren Strömungsweg zirkuliert, erreicht das Wasser, das zu der Zeit, zu der festgestellt wird, dass die Einlasstemperatur 0 Grad Celsius oder höher ist, am Auslass p2 vorhanden ist, zumindest den Einlass p1, nachdem es durch den äußeren Strömungsweg geströmt ist. Der Grund dafür ist, dass die Temperatur am Einlass p1 möglicherweise 0 Grad Celsius oder höher ist.
-
B6: Modifizierung 6:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das Brennstoffzellensystem 10 als Antriebsleistungsliefersystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut wird, verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Brennstoffzellensystem 10 statt in ein Brennstoffzellenfahrzeug in irgendeinem anderen beweglichen Körper, der Antriebsleistung braucht, beispielsweise in einem Elektroauto, eingebaut sein und verwendet werden. Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem 10 als stationäre Leistungsquelle verwendet werden, beispielsweise kann es innerhalb oder außerhalb eines Büros oder einer Wohnung installiert und verwendet werden. Darüber hinaus war die Brennstoffzelle 100 eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, aber sie kann als andere Arten von Brennstoffzellen ausgestaltet werden, beispielsweise als Phosphorsäurebrennstoffzelle, als Carbonatschmelze-Brennstoffzelle oder als Festoxid-Brennstoffzelle.
-
B7: Modifizierung 7:
-
Der Aufbau des Brennstoffzellensystems 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist nur ein Beispiel, und es sind verschiedene Änderungen möglich. Zum Beispiel kann ein Aufbau genommen werden, wo der zweite Brenngasableitungsweg 264 und der Oxidationsgasableitungsweg 332 nicht verbunden sind und Abgas unabhängig voneinander ableiten. Darüber hinaus kann der Umgehungsströmungsweg 423 weggelassen werden. In einem solchen Aufbau kann das Gebläse des Kühlkörpers 410 während des Aufwärmbetriebs angehalten werden. Darüber hinaus entsprechen in einem solchen Aufbau der Kühlwasserableitungsweg 422, der Kühlkörper 410, der Kühlwasserlieferweg 421 und die Umwälzpumpe 440 dem äußeren Strömungsweg in den Ansprüchen. Ebenso wurde im Brennstoffzellensystem 10 der Aufwärmbetrieb ausgeführt, wenn die Auslasstemperatur unter 0 Grad Celsius lag, aber das Aufwärmen kann durchgeführt werden, wenn die Temperatur unter einer beliebigen Temperatur liegt, die 0 Grad Celsius oder höher ist. Der Kühlwasserstrom wurde unter Bezugnahme auf das Kühlwasser-Kennfeld bestimmt, aber der Kühlwasserstrom kann auch durch eine Berechnung unter Verwendung eines Beziehungsausdrucks, der die Beziehung zwischen dem Heizwert der Brennstoffzelle 100, der Auslasstemperatur und dem Kühlwasserstrom angibt, bestimmt werden. Ferner wird im Brennstoffzellensystem 10 der Heizwert der Brennstoffzelle 100 unter Bezugnahme auf das Heizwert-Kennfeld festgestellt, aber er kann auch unter Verwendung eines vorgegebenen Beziehungsausdrucks berechnet werden. Zum Beispiel kann der Ausgangsspannungswert der Brennstoffzelle 100 (der Spannungswert während des Betriebs) von der theoretischen Ausgangsspannung der gesamten Brennstoffzelle 100 (zum Beispiel 1,4 V × Anzahl der Einheitszellen) subtrahiert werden, und der Stromwert (der Stromwert während des Betriebs) kann mit der berechneten Spannung multipliziert werden.
-
B8: Modifizierung 8:
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann ein Teil des Aufbaus, der durch Hardware implementiert worden ist, durch Software implementiert werden, oder umgekehrt kann ein Teil des Aufbaus, der durch Software implementiert worden ist, durch Hardware implementiert werden. Darüber hinaus kann die Software (ein Computerprogramm) durch Speichern in einem Aufzeichnungsmedium, das an einem Computer gelesen werden kann, bereitgestellt werden, wenn einige oder alle Funktionen der vorliegenden Erfindung durch Software implementiert werden. „Ein Aufzeichnungsmedium, das an einem Computer gelesen werden kann”, ist nicht auf ein tragbares Aufzeichnungsmedium wie eine Diskette und eine CD-ROM beschränkt, sondern beinhaltet auch interne Speichereinheiten innerhalb eines Computers, wie verschiedene RAMs und ROMs, und externe Speichereinheiten, die in einem Computer angebracht sind, wie Festplatten. Das heißt, „ein Aufzeichnungsmedium, das an einem Computer gelesen werden kann”, weist eine breite Bedeutung auf, die jedes Aufzeichnungsmedium beinhaltet, in dem Daten dauerhaft statt nur vorübergehend festgehalten werden können.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen beschränkt und kann anhand verschiedener anderer Gestaltungen implementiert werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die technischen Eigenschaften, die in den Ausführungsformen und Modifikationen beschrieben sind, die den technischen Eigenschaften in den jeweiligen Formen entsprechen, die im Abschnitt KURZFASSUNG beschrieben sind, auf geeignete Weise gegeneinander ausgetauscht oder miteinander kombiniert werden, um einige oder alle von den oben beschriebenen Problemen zu lösen oder um einige oder alle von den oben beschriebenen Wirkungen zu erzielen. Wenn die technischen Eigenschaften in der BESCHREIBUNG nicht als zwingend beschrieben sind, können sie darüber hinaus nach Bedarf weggelassen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2014-227848 [0001]
- JP 2010-186599 A [0003]
