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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und insbesondere
ein Brennstoffzellensystem, das die Ausgangsleistung in Übereinstimmung
mit dem Betriebszustand einer Brennstoffzelle steuert.
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Stand der Technik
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In
diesen Tagen und Zeiten, in denen die Abhängigkeit der
künftigen motorisierten Gesellschaft vom Öl große
Bedeutung erlangt hat, erwarten die Leute, daß mit Brennstoffzellen
bestückte Kraftfahrzeuge, die Wasserstoff als Brennstoff
benützen, populär werden. Eine Brennstoffzelle
hat eine stapelartige Struktur, bei der Zellen in Reihen gestapelt
sind und unter Anwendung einer elektrochemischen Reaktion zwischen
einem Wasserstoff enthaltenden und einer Anode zugeführten
Brenngas und einem Sauerstoff enthaltenden und einer Kathode zugeführten Oxidansgas
elektrische Leistung erzeugt.
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Im
Vergleich mit anderen Arten von Leistungsquellen unterliegen Brennstoffzellen
bezüglich des Starts verschiedenen Beschränkungen.
Der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle nimmt
durch eine Temperaturabsenkung oder eine Vergiftung eines Elektrodenkatalysators
ab und kann deshalb ungeeignet werden, eine gewünschte Spannung/einen
gewünschten Strom zu liefern oder gar die Einrichtung zu
starten.
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Im
Lichte dieser Umstände wurde eine Aktion durchgeführt,
bei der eine Brennstoffzelle mit einer knappen Versorgungsmenge
wenigstens eines der beiden Gase, des der Anode zugeführten
Brenngases und des der Kathode zugeführten Oxidansgases,
gestartet wird, so daß eine Überspannung in einem
Teil der Elektroden zunimmt und mehr Wärme erzeugt wird
und dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle zunimmt und der Elektrodenkatalysator
im Bezug auf die Vergiftung wiederhergestellt wird, usw. (nachfolgend
als Auffrischaktion bezeichnet) (siehe beispielsweise das unten
genannte Patentdokument 1).
- Patentdokument 1: JP2003-504807 T
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Strom-Spannungs-Charakteristika von Brennstoffzellen sind nicht
konstant, sondern in großem Maße veränderlich,
abhängig vom Betriebszustand der Brennstoffzelle (ob die
Brennstoffzelle sich im Normalbetriebszustand oder im Zustand der
Auffrischaktion befindet), von Umgebungsbedingungen (beispielsweise
die Außentemperatur), etc. Falls die Ausgangsleistung der
Brennstoffzelle gesteuert wird, ohne diese Bedingungen in Betracht
zu ziehen, können Probleme auftreten, wie eine Überladung
einer Sekundärbatterie.
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In
diesem Zusammenhang offenbart die
JP 20005-50742 A etc. eine Technologie zur
Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika einer Brennstoffzelle
und zur Steuerung der Leistungsabgabe der Brennstoffzelle auf der
Basis der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika.
Jedoch zielt diese Technologie nicht darauf ab, den Spannungsabfall
der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle für jeden Faktor
abzuschätzen, und deshalb liegt ein Problem dieser Technologie
in ihrer unzureichenden Genauigkeit bei der Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der vorstehend genannten
Umstände und eine ihr zugrunde liegende Aufgabe ist es,
ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das zur genauen Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika einer Brennstoffzelle befähigt
ist.
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Um
der obigen Aufgabe gerecht zu werden, umfaßt ein Brennstoffzellensystem
gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
eine Brennstoffzelle; eine erste Ermittlungseinheit, die an einem
aktuellen Betriebspunkt in der Brennstoffzelle einen Ausgangsstrom
und eine Ausgangsspannung ermittelt; eine zweite Ermittlungseinheit,
die den Betrag einer Spannungsverringerung feststellt, die durch
einen Widerstand in der Brennstoffzelle verursacht wird; eine dritte
Ermittlungseinheit, die den Betrag einer Spannungsverringerung feststellt,
die durch eine Polarisation in der Brennstoffzelle verursacht wird;
eine vierte Ermittlungseinheit, die den Betrag einer Verringerung einer
elektromotorischen Spannung der Brennstoffzelle feststellt, und
eine Abschätzeinheit, die die Strom-Spannungs-Charakteristika
der Brennstoffzelle basierend auf den durch jede der Ermittlungseinheiten
gewonnenen Ermittlungsergebnissen abschätzt.
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Mit
einer solchen Gestaltung wird der als Ergebnis des Betriebs bewirkte
Spannungsabfall nach den folgenden drei Typen kategorisiert: ein
durch eine Polarisierung verursachter und nicht zum Strom proportionaler
Spannungsabfall, ein durch einen Widerstand verursachter und zum
Strom proportionaler Spannungsabfall, und ein einer Änderung
einer elektromotorischen Spannung entsprechender Spannungsabfall,
und die Strom-Spannungs-Charakteristika der Brennstoffzelle werden
auf der Basis dieser Typen abgeschätzt. Als Ergebnis können
im Vergleich zum Stand der Technik die Strom-Spannungs-Charakteristika
der Brennstoffzelle genau abgeschätzt werden und folglich
kann eine Abweichung zwischen den aktuellen Strom-Spannungs-Charakteristika
und den geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika minimiert
werden.
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Bei
der obigen Gestaltung mißt vorzugsweise die zweite Ermittlungseinheit
eine Impedanz der Brennstoffzelle und den Betrag der durch den Widerstand
verursachten Spannungsverringerung basierend auf dem Meßergebnis
der Impedanz und dem Ausgangsstrom.
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Auch
wird es bei der obigen Gestaltung bevorzugt, daß das Brennstoffzellensystem
weiter umfaßt: eine Einheit zur Feststellung eines Stöchiometrieverhältnisses,
die ein Stöchiometrieverhältnis eines der Brennstoffzelle
zugeführten Oxidansgases feststellt; und eine Beurteilungseinheit,
die beurteilt, ob ein Betrag der Spannungsverringerung, ausschließlich
des Betrags der Spannungsverringerung, verursacht durch den Widerstand
aus der Differenz zwischen der elektromotorischen Spannung der Brennstoffzelle
und der Ausgangsspannung am aktuellen Betriebspunkt, zur Gänze
aus dem Betrag der durch die Polarisation verursachten Spannungsverringerung
besteht oder die Kombination des Betrags der durch die Polarisation
verursachten Spannungsverringerung und des Betrags der Verringerung
der elektromotorischen Spannung einschließt, basierend auf
dem Stöchiometrieverhältnis des Oxidansgases.
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Weiter
wird es bei der obigen Gestaltung bevorzugt, daß die durch
die Polarisation verursachte Spannungsverringerung eine Einschaltüberspannung
einschließt und das Brennstoffzellensystem weiter eine
Korrektureinheit umfaßt, die für jeden vorbestimmten
Strombereich eine Spannungsabweichung feststellt, die zwischen den
durch die Abschätzeinheit geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
und der durch die erste Ermittlungseinheit ermittelten Ausgangsspannung
am aktuellen Betriebspunkt entstanden ist, und auf der Basis der
festgestellten Spannungsabweichung zumindest die Einschaltüberspannung
korrigiert.
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Weiter
wird bei der obigen Gestaltung unter der Annahme, daß ein
Strombereich, in dem zwischen dem Systemstart und dem gegenwärtigen Zeitpunkt
eine Korrektur durchgeführt wurde, als korrigierter Strombereich
bezeichnet wird, während ein Strombereich, in dem bisher
keine Korrektur erfolgt ist, als unkorrigierter Strombereich bezeichnet
wird, die Korrektureinheit die Einschaltüberspannung im unkorrigierten
Strombereich unter Benutzung eines Korrekturbetrags für
die Einschaltüberspannung im korrigierten Strombereich
korrigiert.
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Des
weiteren wird bei der obigen Gestaltung bevorzugt, daß die
Abschätzeinheit verschiedene Strom-Spannungs-Charakteristika
abhängig von den Änderungsrichtungen des Ausgangsstroms
der Brennstoffzelle abschätzt und die Korrektureinheit die
Einschaltüberspannung unter Verwendung der den Veränderungsrichtungen
entsprechenden Strom-Spannungs-Charakteristika korrigiert.
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Außerdem
wird bei der obigen Gestaltung bevorzugt, daß das Brennstoffzellensystem
weiter eine Beurteilungseinheit umfaßt, die durch Vergleich des
Betrags der durch die Polarisation verursachten und durch die dritte
Ermittlungseinheit festgestellten Spannungsverminderung mit einem
festgesetzten Betrag der Verringerung der elektromotorischen Spannung
beurteilt, ob sich ein Katalysator in der Brennstoffzelle verschlechtert
hat oder nicht.
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Wie
oben beschrieben schafft die vorliegende Erfindung die Möglichkeit,
die Strom-Spannungs-Charakteristika der Brennstoffzelle genau abzuschätzen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein Blockschaltbild, das die grundlegende Gestaltung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
Ausführungsform zeigt.
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2 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika
nach dem Stand der Technik erläutert.
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3 ist
ein Diagramm, das das Verfahren zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika
nach dem Stand der Technik erläutert.
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4 ist
ein Diagramm das jeden Spannungsabfall erläutert, der als
Ergebnis einer Aktion auftritt.
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5 ist
ein Funktionsdiagramm einer Funktion zur Abschätzung der
Strom-Spannungs-Charakteristika.
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6 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Impedanzkurve zeigt.
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7 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zur Herbeiführung eines
Spannungsabfalls erläutert, der durch einen Gleichstromwiderstand
verursacht wird.
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8 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung einer Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristik
erläutert, wenn ein stöchiometrisches Luftverhältnis
1 ist oder höher.
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9 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung einer Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristik
erläutert, wenn ein stöchiometrisches Luftverhältnis
unter 1 liegt.
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Verfahrensweise zur Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika zeigt.
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11 ist
ein Funktionsdiagramm, das sich auf die Funktion zur Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika gemäß der
Anwendung 1 bezieht.
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12 ist
ein Diagramm, das eine Verfahrensweise zur Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika gemäß der
Anwendung 2 erläutert.
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13 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Abschwächung
eines Katalysators und der Aktivierung einer Überspannung
in einer Brennstoffzelle erläutert.
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14 ist
eine Tabelle, die die Rückkopplungssteuerung zur Aktivierung
der Überspannung gemäß der Anwendung
3 erläutert.
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15 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Änderungsrichtung
eines Stroms und den Strom-Spannungs-Charakteristika zeigt.
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Beste Art der Ausführung
der Erfindung
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert.
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A. Ausführungsform
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A.1 Gestaltung
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Die 1 zeigt
eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugs, das mit einem Brennstoffzellensystem 100 gemäß einer
Ausführungsform ausgestattet ist. Obwohl die folgende Beschreibung
ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug (FCHV) als Beispiel für
Fahrzeuge annimmt, ist doch zu beachten, daß das Brennstoffzellensystem
auch bei Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen angewandt werden
kann. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem nicht nur
bei Fahrzeugen, sondern auch bei verschiedenen mobilen Objekten
(z. B. Schiffen, Flugzeugen und Robotern), stationären
Leistungsquellen und mobilen Brennstoffzellensystemen angewandt
werden.
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Eine
Brennstoffzelle 40 ist ein Mittel zur Erzeugung elektrischer
Leistung aus zugeführten Reaktionsgasen (Brenngas und Oxidansgas),
und es können verschiedene Bauformen von Brennstoffzellen,
wie Polymerelektrolyt-Zellen, Phosphorsäurezellen und Schmelzkarbonatzellen
verwendet werden. Die Brennstoffzelle 40 hat eine Stapelstruktur,
bei der mehrere Einzelzellen, deren jede eine MEA (Membran/Elektroden-Anordnung)
etc. aufweist, in Reihen gestapelt sind. Eine Ausgangsspannung (nachfolgend
als Brennstoffzellenspannung bezeichnet) und ein Ausgangsstrom (nachfolgend
als Brennstoffzellenspannung bezeichnet) an einem aktuellen Betriebspunkt
der Brennstoffzelle 40 werden jeweils durch einen Spannungsfühler
(erste Ermittlungseinheit) 140 und einen Stromfühler
(erste Ermittlungseinheit) 150 ermittelt. Ein Brenngas,
wie ein Wasserstoffgas, wird von einer Brenngasquelle 10 einer Brennstoffelektrode
(Anode) in der Brennstoffzelle 40 zugeleitet, während
ein Oxidansgas, wie Luft, von einer Oxidansgasquelle 70 einer
Luftelektrode (Kathode) zugeleitet wird.
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Die
Brenngasquelle 10 wird beispielsweise von einem Wasserstofftank
und verschiedenen Ventilbauarten gebildet und steuert die der Brennstoffzelle 40 zugeführte
Menge des Brenngases durch Einstellung des Öffnungsgrades
der Ventile oder deren EIN/AUS-Schaltzeitpunkte.
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Die
Oxidansgasquelle 70 wird beispielsweise von einem Luftkompressor,
einem Motor zum Antrieb des Luftkompressors und einem Inverter bzw. Wechselrichter
gebildet und stellt die Menge des der Brennstoffzelle 40 zuzuführenden
Oxidansgases durch Einstellung der Drehzahl des Motors etc. ein.
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Eine
Batterie 60 ist eine entladbare/ladbare Sekundärbatterie,
die beispielsweise von einer Nickel-Wasserstoff-Batterie gebildet
wird. Offensichtlich kann statt der Batterie 60 auch eine
andere entladbare/ladbare Leistungsspeichervorrichtung als die Sekundärbatterie
(beispielsweise ein Kondensator) verwendet werden. Die Batterie 60 und
die Brennstoffzelle 40 sind in Parallelschaltung mit einem
Inverter 110 für einen Fahrmotor verbunden, und
ein Gleichstrom/Gleichstromwandler 130 ist zwischen der
Batterie 60 und dem Inverter 110 vorgesehen.
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Der
Inverter 110 ist beispielsweise ein Inverter von der Bauart
eines Pulsbreitenmodulators (PWM), der die von der Brennstoffzelle 40 ausgegebene
Gleichstromleistung gemäß einem durch eine Steuervorrichtung 80 erteilten
Steuerbefehl in eine Dreiphasenwechselstromleistung umwandelt und dann
die umgewandelte Leistung einem Fahrmotor 115 zuführt.
Der Fahrmotor 115 ist ein Motor zum Antrieb der Antriebsräder 116R und 116L und
die Drehzahl des Motors wird durch den Inverter 110 gesteuert.
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Der
Gleichstrom/Gleichstromwandler 130 ist ein Vollbrückenwandler
der beispielsweise vier Leistungstransistoren umfaßt und
einen zugeordneten Steuerkreis (die alle nicht dargestellt sind).
Der Gleichstrom/Gleichstromwandler 130 hat die Funktion,
den Gleichspannungseingang von der Batterie 60 zu erhöhen
oder zu senken und dann die Gleichspannung an die Brennstoffzelle 40 auszugeben,
und die Funktion, den Gleichspannungseingang von der Brennstoffzelle 40 zu
erhöhen oder zu senken und dann die Gleichspannung an die
Batterie 60 auszugeben. Diese Funktionen des Gleichstrom/Gleichstromwandlers 130 laden
und entladen die Batterie 60.
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Zwischen
der Batterie 60 und dem Gleichstrom/Gleichstromwandler 130 sind
Hilfsvorrichtungen 120 vorgesehen, wie Fahrzeughilfsvorrichtungen und
Brennstoffzellenhilfsvorrichtungen. Die Batterie 60 dient
als Leistungsquelle dieser Hilfsvorrichtungen 120. Es ist
zu beachten, daß sich Fahrzeughilfsvorrichtungen auf verschiedene
Arten elektrischer Einrichtungen bezieht, die während des
Betriebs des Fahrzeugs benutzt werden (z. B. Beleuchtungseinrichtungen,
eine Klimatisierungseinrichtung und eine Hydraulikpumpe), während
Brennstoffzellenhilfsvorrichtungen sich auf verschiedene Arten elektrischer Einrichtungen
bezieht, die während des Betriebs der Brennstoffzelle 40 benutzt
werden (z. B. Pumpen für die Versorgung mit Brenngas und
Oxidansgas).
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Die
Steuervorrichtung 80 wird von einer CPU, einem RAM, einem
ROM, etc. gebildet und steuert zentral jeden Abschnitt des Systems
basierend auf Sensor- bzw. Fühlersignalen, eingegeben vom
Spannungsfühler 140 zur Ermittlung der Brennstoffzellenspannung,
dem Stromfühler 150 zur Ermittlung des Brennstoffzellenstroms,
einem Temperaturfühler 50 zur Ermittlung der Temperatur
der Brennstoffzelle 40, einem Fühler zur Ermittlung
des Ladungszustands der Batterie 60, einem dem Fahrpedal
zugeordneten Fühler zur Ermittlung des Öffnungsgrades
eines Fahrpedals, etc. Auch führt die Steuervorrichtung 80 eine
Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika mit im
Vergleich zum Stand der Technik größerer Genauigkeit
aus durch Abschätzung eines Spannungsabfalls in der Brennstoffzelle 40 bezüglich
eines jeden Faktors.
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Verfahren zur Abschätzung
der Strom-Spannungs-Charakteristika
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Die 2 und 3 sind
Diagramme, die die Verfahrensweise zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika
gemäß dem Stand der Technik erläutern.
Die 2 und 3 zeigen Informationen, die
zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika benutzt
werden, wobei die strichpunktierte Linie einen geschätzten Verlauf
des Spannungsabfalls zeigt, der durch Aktivierungspolarisation (Einschaltüberspannung)
verursacht wird, die durchgehende Linie zeigt den Verlauf der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika und die strichpunktierte Linie mit
zwei Punkten zeigt den geschätzten Verlauf eines durch
einen Gleichstromwiderstands verursachten Spannungsabfalls. Es ist
zu beachten, daß die vertikale Achse und die horizontale
Achse in den 2 und 3 eine Brennstoffzellenspannung
bzw. einen Brennstoffzellenstrom zeigen und der Abschnitt der vertikalen
Achse zeigt eine elektromotorische Kraft (elektromotorische Spannung)
Ve.
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Wie
in 2 gezeigt, wurden beim Brennstoffzellensystem
nach dem Stand der Technik die elektromotorische Kraft Ve der Brennstoffzelle
und die Einschaltüberspannung als feste Werte dargestellt.
Somit wurde der gesamte Unterschied zwischen der Brennstoffzellenspannung
am aktuellen Betriebspunkt und der Einschaltüberspannung
als ein durch den Gleichstromwiderstand verursachter Spannungsabfall
bestimmt (siehe 3), wenn eine Brennstoffzellenspannung
und ein Brennstoffzellenstrom durch einen Spannungsfühler
und einen Stromfühler und am aktuellen Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1)
erfaßt wurden.
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Jedoch
wird, wenn, wie oben beschrieben, die gesamte Differenz zwischen
der Brennstoffzellenspannung am aktuellen Betriebspunkt und der
Einschaltüberspannung als ein durch den Gleichstromwiderstand
verursachter Spannungsabfall bestimmt wird und der durch den Gleichstromwiderstand
verursachte, geschätzte Wert des Spannungsabfalls unter Anwendung
einer Zeitkonstante verschoben wird, eine große Abweichung
zwischen der Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
und dem aktuellen Betriebspunkt auftreten.
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Im
Lichte der obigen Umstände sahen sich die Erfinder veranlaßt,
diese Abweichung zu studieren und ermittelten Faktoren der Abweichung
wie folgt. Insbesondere stellten die Erfinder die folgenden Punkte
als die Hauptfaktoren der Abweichung fest – die elektromotorische
Kraft Ve einer Brennstoffzelle wurde als konstant behandelt, auch
wenn sie sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand (Normalbetrieb oder
Auffrischaktion) verändert, und die Einschaltüberspannung
wurde als konstant behandelt, auch wenn sie sich durch Einflüsse,
wie mit der Zeit stattfindende Verschlechterung und Temperatur,
verändert.
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Angesichts
des Obigen wird bei dieser Ausführungsform der Spannungsabfall,
der als Ergebnis der Aktion auftritt, in drei Typen eingeteilt:
(1) durch Polarisation verursachter, nicht zum Strom proportionaler
Spannungsabfall; (2) Spannungsabfall proportional zum Strom (durch
den Gleichstromwiderstand verursachter Spannungsabfall); (3) Spannungsabfall entsprechend
einer Änderung der elektromotorischen Spannung, und die
Strom-Spannungs-Charakteristika der Brennstoffzelle werden basierend
auf diesen Spannungsabfall-Typen abgeschätzt (siehe 4).
In 4 wird der der Änderung der elektromotorischen
Spannung entsprechende Spannungsabfall durch die fett gestrichelte
Kurve dargestellt. Es ist zu beachten, daß bei dieser Ausführungsform
der durch die Polarisation verursachte Spannungsabfall sich auf
einen Spannungsabfall bezieht, der durch die Aktivierungspolarisation
und Konzentrationspolarisation verursacht ist. Jedoch wird zur Vereinfachung
der Erläuterung bei der folgenden Beschreibung die Einschaltüberspannung
(ein durch Aktivierungspolarisation verursachter Spannungsabfall)
als der Spannungsabfall betrachtet, der durch die Polarisation verursacht
und nicht proportional zum Strom ist.
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Gegenmaßnahmen
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Zunächst
wird, was den durch den oben bei (2) erwähnten Gleichstromwiderstand
verursachten Spannungsabfall betrifft, die Wechselstromimpedanz der
Brennstoffzelle 40 während der Aktion des Systems
intermittierend oder kontinuierlich gemessen, um einen geschätzten
Gleichstromwiderstandswert zu erzeugen, und der durch den Gleichstromwiderstand
verursachte Spannungsabfall wird unter Benutzung dieses geschätzten
Gleichstromwiderstandswertes abgeschätzt.
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Die 5 ist
ein Funktionsdiagramm einer Funktion der Steuervorrichtung 80 zur
Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika.
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Die
Steuervorrichtung 80 schließt einen Impedanzmeßabschnitt 81,
einen Abschnitt 82 zur Messung der Luftstöchiometrie
und einen Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
ein. Die 6 ist ein Diagramm, das auf
einer komplexen Fläche das Ergebnis einer Impedanzmessung
unter Anwendung eines Wechselstromimpedanzverfahrens zeigt, wobei
die vertikale Achse einen imaginären Teil zeigt, während
die horizontale Achse einen realen Teil zeigt.
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Wenn
die Impedanz der Brennstoffzelle 40 unter einer vorgegebenen
Bedingung gemessen wird, und die Trajektorie der Impedanz zusammen mit
einer Frequenzänderung auf der komplexen Fläche
aufgezeichnet wird (Cole-Cole-Diagramm), kann die in 6 gezeigte
Impedanzkurve erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform
mißt der Impedanzmeßabschnitt (zweite Ermittlungseinheit) 81 der Steuervorrichtung 80 intermittierend
oder kontinuierlich die Impedanz der Brennstoffzelle 40 während
der Aktion des Systems. Der Impedanzmeßabschnitt 81 benutzt
dann den realen Teil der Impedanz, die gemessen wurde (gemessene
Impedanz), als einen geschätzten Gleichstromwiderstandswert
Re, multipliziert den geschätzten Gleichstromwiderstandswert Re
mit dem vom Stromfühler 150 ermittelten Brennstoffzellenstrom
und stellt damit den durch den Gleichstromwiderstand verursachten
Spannungsabfall fest (siehe 6). Der
Impedanzmeßabschnitt 81 informiert den Abschnitt 82 zur
Messung der Luftstöchiometrie in der Steuervorrichtung 80 über
den auf diese Weise ermittelten, durch den Gleichstromwiderstand
verursachten Spannungsabfall.
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Nach
Empfang der Information, die den durch den Gleichstromwiderstand
verursachten Spannungsabfall enthält, beurteilt der Abschnitt 82 zur
Beurteilung der Luftstöchiometrie (Einheit zur Ermittlung
des stöchiometrischen Verhältnisses), ob das stöchiometrische
Luftverhältnis zum aktuellen Zeitpunkt 1 oder höher
ist oder nicht, durch Ermittlung der der Brennstoffzelle 40 zugeführten
Oxidansgasmenge (der pro Zeiteinheit zugeführten Gasmenge),
und informiert dann den Abschnitt 83 zur Erzeugung einer
Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika der
Steuervorrichtung 80 über das Ergebnis der Beurteilung.
Dabei wird das stöchiometrische Luftverhältnis
benutzt, um den Betriebszustand der Brennstoffzelle 40 zu
identifizieren, wobei der Abschnitt 82 zur Beurteilung
der Luftstöchiometrie feststellt, daß der Betriebszustand
der normale Betriebszustand ist, wenn das stöchiometrische Luftverhältnis
auf 1 oder höher gesetzt wird, während der Abschnitt 82 zur
Beurteilung der Luftstöchiometrie entscheidet, daß der
Betriebszustand die Auffrischaktion ist, wenn das stöchiometrische
Luftverhältnis auf unter 1 eingestellt ist.
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Der
Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika (Beurteilungseinheit, Abschätzeinheit)
stellt eine Spannungsabfallkomponente fest, die den Spannungsabfall
ausschließt, der durch den Gleichstromwiderstand verursacht
wird (nachfolgend als „verbleibende Spannungsabfallkomponente” bezeichnet), basierend
auf dem stöchiometrischen Luftverhältnis, das
vom Abschnitt 82 zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
mitgeteilt wurde.
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Zunächst
erhält der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve
der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika einen aktuellen
Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1) der Brennstoffzelle 40 zum gegenwärtigen
Zeitpunkt (siehe 7). Der Abschnitt 83 zur
Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
bezieht sich auf das vom Abschnitt 82 zur Beurteilung der
Luftstöchiometrie mitgeteilte stöchiometrische
Luftverhältnis und beurteilt, ob das stöchiometrische
Luftverhältnis 1 oder höher ist oder nicht. Falls
das mitgeteilte stöchiometrische Luftverhältnis
1 oder höher ist, stellt der Abschnitt 83 zur
Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
(dritte Ermittlungseinheit) fest, daß die verbleibende
Spannungskomponente zur Gänze aus den Aktivierungsspannungen
besteht und erzeugt die in 8 gezeigte, geschätzte
Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristika. In 8 zeigt
die durchgehende Linie die Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristika,
die strichpunktierte Linie zeigt eine geschätzte Kurve
der Einschaltüberspannung und die strichpunktierte Kurve mit
zwei Punkten zeigt eine geschätzte Kurve eines durch den
Gleichstromwiderstand verursachten Spannungsabfalls.
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Andererseits
stellt, wenn das mitgeteilte stöchiometrische Luftverhältnis
unter 1 liegt, der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve
der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika fest, daß die verbleibende
Spannungsabfallkomponente die Kombination der Einschaltüberspannung
und des der Änderung der elektromotorischen Spannung entsprechenden
Spannungsabfalls einschließt (siehe 9). Dabei
benutzt der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve der
geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika (dritte Ermittlungseinheit), wenn
eine geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
bereits wie oben beschrieben erzeugt wurde (siehe 8),
die erzeugte, geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung,
während, wenn eine geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
noch nicht erzeugt wurde, der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer
Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika (dritte
Ermittlungseinheit) eine geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
benutzt, die vor der Auslieferung eines Produkts voreingestellt
wurde (die geschätzte Kurve der Einschaltspannung, die durch
Versuche etc. voreingestellt wurde). Nach Bestimmung des der Änderung
der elektromotorischen Spannung entsprechenden Spannungsabfalls ΔV
(= Ve – Ve') durch Verwendung dieser geschätzten
Kurven der Einschaltüberspannung erzeugt der Abschnitt 83 zur
Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
(vierte Ermittlungseinheit) die geschätzte Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristika
wie in 9 gezeigt. In 9 zeigt
die durchgehende Linie die geschätzte Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristika,
die strichpunktierte Linie zeigt die geschätzte Kurve der
Einschaltüberspannung und die strichpunktierte Linie mit
zwei Punkten zeigt die geschätzte Kurve des durch den Gleichstromwiderstand
erzeugten Spannungsabfalls. Nun wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf 10 die vor der Steuervorrichtung 80 ausgeführte
Verfahrensweise zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika
beschrieben.
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A-2. Erläuterung der Aktion
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Der
Impedanzmeßabschnitt 81 der Steuervorrichtung 80 mißt
intermittierend die Impedanz der Brennstoffzelle 40 während
der Aktion des Systems. Der Impedanzmeßabschnitt 81 verwendet
den realen Teil der gemessenen Impedanz als einen geschätzten
Wert Re des Gleichstromwiderstands, multipliziert diesen geschätzten
Wert Re des Gleichstromwiderstands mit dem durch den Stromfühler 150 ermittelten
Brennstoffzellenstrom und stellt dadurch den durch den Gleichstromwiderstand
verursachten Spannungsabfall fest (Schritt S100 bis Schritt S200). Der
Impedanzmeßabschnitt 81 informiert dann den Abschnitt 82 zur
Beurteilung der Luftstöchiometrie in der Steuervorrichtung 80 über
den so ermittelten, durch den Gleichstromwiderstand verursachten Spannungsabfall.
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Nach
Empfang der Mitteilung über den durch den Gleichstromwiderstand
verursachten Spannungsabfall beurteilt der Abschnitt 82 zur
Beurteilung der Luftstöchiometrie, ob zum gegenwärtigen
Zeitpunkt das stöchiometrische Luftverhältnis
1 oder höher ist oder nicht durch Feststellung der der
Brennstoffzelle 40 zugeführten Oxidansgasmenge
(Menge des pro Zeiteinheit zugeführten Gases) (Schritt
300), und teilt dann dem Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve
der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika in der
Steuervorrichtung 80 das Beurteilungsergebnis mit. Dabei
wird das stöchiometrische Luftverhältnis benutzt,
um den Betriebszustand der Brennstoffzelle 40 zu identifizieren,
wobei der Abschnitt 82 zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
feststellt, daß die Betriebsweise normal ist, wenn das stöchiometrische
Luftverhältnis auf 1 oder höher eingestellt ist,
während der Abschnitt 82 zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
feststellt, daß die Betriebsweise die Auffrischaktion ist,
wenn das stöchiometrische Luftverhältnis unter
1 eingestellt ist.
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Der
Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika stellt beispielsweise auf der Basis
des durch den Abschnitt 82 zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
festgestellten stöchiometrischen Luftverhältnisses
eine den durch den Gleichstromwiderstand verursachten Spannungsabfall
ausschließende Spannungsabfallkomponente fest (nachfolgend
als „verbleibende Spannungsabfallkomponente” bezeichnet).
Mit anderen Worten, der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve
der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika entscheidet,
ob die Spannungsabfallkomponente, welche den Spannungsabfall ausschließt,
der durch den Gleichstromwiderstand aus der Differenz zwischen der
elektromotorischen Spannung der Brennstoffzelle und dem aktuellen
Betriebspunkt verursacht wird (Ifc1, Vfc1), zur Gänze aus
der Einschaltüberspannung (dem Betrag der durch die Polarisation
verursachten Spannungsreduzierung) besteht oder die Kombination
aus der Einschaltüberspannung und dem der Änderung
der elektromotorischen Spannung (der Reduzierung der elektromotorischen
Spannung) entsprechenden Spannungsabfall einschließt.
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Insbesondere
erhält der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve
der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika zunächst
den aktuellen Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1) der Brennstoffzelle 40 zum gegenwärtigen
Zeitpunkt (7). Der Abschnitt 83 zur
Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
stellt fest, daß die verbleibende Spannungskomponente zur
Gänze aus der Einschaltspannung besteht, wenn das vom Abschnitt 82 zur
Beurteilung der Luftstöchiometrie mitgeteilte stöchiometrische
Luftverhältnis 1 ist oder höher (Schritt S400),
erzeugt die Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
wie in 8 gezeigt (Schritt S500) und beendet das Verfahren.
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Andererseits
stellt der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer Kurve der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika fest, daß die verbleibende Spannungsabfallkomponente
die Kombination der Einschaltüberspannung und des durch
die Änderung der elektromotorischen Spannung verursachten Spannungsabfalls
einschließt, wenn das mitgeteilte stöchiometrische
Luftverhältnis unter 1 liegt (Schritt S450). Bei diesem
Schritt nützt der Abschnitt 83 zur Erzeugung einer
Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika,
wenn die geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
bereits wie oben beschrieben erzeugt wurde (siehe 8),
die erzeugte geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung,
während dann, wenn eine geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
noch nicht erzeugt wurde, der Abschnitt 83 zur Erzeugung
einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
eine geschätzte Kurve der Einschaltüberspannung
benutzt, die beim Versand des Produkts voreingestellt wurde (die
geschätzte Kurve der Einschaltspannung, die durch Versuche
etc. voreingestellt wurde). Nach Feststellung des der Änderung
der elektromotorischen Spannung entsprechenden Spannungsabfalls ΔV
(= Ve – Ve') unter Verwendung dieser geschätzten Kurven
der Einschaltüberspannung erzeugt der Abschnitt 83 zur
Erzeugung einer Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
die Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika
wie in 9 gezeigt (Schritt S500) und beendet das Verfahren.
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Wie
oben beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform der Spannungsabfall,
der als Ergebnis der Aktion aufritt, in drei Typen kategorisiert:
(1) ein Spannungsabfall verursacht durch Polarisation und nicht
proportional zum Strom, (2) ein zum Strom proportionaler Spannungsabfall
(Spannungsabfall verursacht durch den Gleichstrom widerstand), (3)
ein Spannungsabfall entsprechend der Änderung der elektromotorischen
Spannung, und die Strom-Spannungs-Charakteristika der Brennstoffzelle
werden basierend auf diesen Typen des Spannungsabfalls geschätzt.
Demzufolge können die Strom-Spannungs-Charakteristika der
Brennstoffzelle mit im Vergleich zum Stand der Technik höherer
Genauigkeit geschätzt werden, wodurch die Abweichung zwischen
den aktuellen Strom-Spannungs-Charakteristika der Brennstoffzelle
und der geschätzten Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristika
minimiert wird.
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B. Anwendungen
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Anwendung 1
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11 ist
ein Funktionsdiagramm in Blockdarstellung, das sich auf die Funktion
zur Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika einer Steuervorrichtung 80a gemäß der
Anwendung 1 bezieht.
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Die
Steuervorrichtung 80a ist die gleiche wie die in 5 gezeigte
Steuervorrichtung 80, mit der Ausnahme, daß ein
zusätzlicher Lernabschnitt 84 vorgesehen ist.
Demgemäß sind übereinstimmende Bezugszahlen übereinstimmenden
Teilen zugeordnet und eine detaillierte Beschreibung für
sie entfällt.
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Der
Lernabschnitt (Korrektureinheit) 84 erhält die
Differenz zwischen der vom Abschnitt 83 zur Erzeugung einer
Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika erzeugten
Kurve der geschätzten Strom-Spannungs-Charakteristika und
einem aktuellen Betriebspunkt im gegenwärtigen Zeitpunkt
und führt eine Rückkopplung der erhaltenen Differenz
(d. h. die Spannungsabweichung) zu einer Einschaltüberspannung
in einem Spannungsbereich durch, zu dem der aktuelle Betriebspunkt
gehört. Insbesondere erhält der Lernabschnitt 84 die
Differenz zwischen dem aktuellen Betriebspunkt (Ifc1, Vfc1) zum
gegenwärtigen Zeitpunkt und der Kurve der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika und korrigiert den Strombereich
(nachfolgend als „der Bereich” bezeichnet), zu
dem der aktuelle Betriebspunkt gehört, auf der Basis der
erhaltenen Differenz und korrigiert die geschätzte Kurve
der Einschaltüberspannung. Es ist anzumerken, daß die
Anwendung 1 ein Beispiel der Einschaltüberspannung (durch
die Einschaltpolarisation verursachter Spannungsabfall) bietet,
als ein durch die Polarisation verursachter Spannungsabfall und
nicht proportional zum Strom, und den Fall beschreibt, bei dem die
Einschaltüberspannung rückkopplungsgesteuert (feedback-controlled)
ist. Jedoch kann zusätzlich zur Einschaltüberspannung
oder anstelle dieser eine Konzentrationsüberspannung rückkopplungsgesteuert
sein. Gleiches gilt für die unten beschriebenen Anwendungen.
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Anwendung 2
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Ob
die Brennstoffzelle 40 beeinträchtigt wurde oder
nicht, kann durch die Feststellung des durch die Polarisation verursachten
und nicht zum Strom proportionalen Spannungsabfall bestimmt werden. Insbesondere
bei der Feststellung des durch die Polarisation verursachten und
nicht zum Strom proportionalen Spannungsabfalls vergleicht die Steuervorrichtung
(Beurteilungseinheit) 80 zunächst das Ausmaß des
festgestellten Spannungsabfalls und einen in einem (nicht gezeigten)
Speicher gespeicherten Bezugswert für die Beurteilung der
Verschlechterung des Stapels (das Ausmaß der Verringerung
der elektromotorischen Spannung). Es ist zu beachten, daß als
Bezugswert für die Beurteilung der Verschlechterung des
Stapels ein Wert benutzt werden kann, der vorab durch Versuche bestimmt
wurde. Die Steuervorrichtung (Beurteilungseinheit) 80 stellt
fest, daß die Wirkung des Katalysators der Brennstoffzelle 40 abgenommen
hat (d. h. der Katalysator geschwächt wurde), wenn das
Ausmaß des festgestellten Spannungsabfalls den Bezugswert
für die Beurteilung der Verschlechterung des Stapels übersteigt,
und führt eine Steuerung durch, um die Außenseite
des Systems, etc., mit einer Nachricht zu versorgen, die eine Auffrischungssteuerung
oder den Ersatz der Brennstoffzelle 40 veranlaßt.
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Es
gibt einen Strombereich, in welchem sich der durch die Polarisation
und nicht zum Strom proportionale Spannungsabfall, insbesondere
die Einschaltüberspannung, in großem Ausmaß verändert, wenn
die Wirkung des Katalysators der Brennstoffzelle 40 abnimmt
(siehe den schraffierten Teil in 13). Demgemäß kann
durch Ermittlung des Ausmaßes des Spannungsabfalls in diesem
Strombereich A1 entschieden werden, ob die Wirkung des Katalysators
der Brennstoffzelle 40 abgenommen hat oder nicht. Insbesondere
ermittelt die Steuervorrichtung 80 das Ausmaß des
Spannungsabfalls im Bereich A1 und beurteilt, ob das Ausmaß des
ermittelten Spannungsabfalls den Bezugswert für die Beurteilung
der Verschlechterung des Stapels überschreitet oder nicht.
Falls das Ausmaß des ermittelten Spannungsabfalls den Bezugswert
für die Beurteilung der Verschlechterung des Stapels überschreitet, stellt
die Steuervorrichtung 80 fest, daß die Wirkung des
Katalysators der Brennstoffzelle 40 abgenommen hat und
führt eine Steuerung durch, um die Außenseite
des Systems, etc., mit einer Nachricht zu versorgen, die eine Auffrischungssteuerung
oder den Ersatz der Brennstoffzelle 40 veranlaßt.
Mit einer solchen Gestaltung kann die Feststellung schnell bzw. exakt
erfolgen, ob die Brennstoffzelle 40 sich verschlechtert
hat oder nicht.
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Anwendung 3
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Obwohl
oben das Beispiel beschrieben wurde, bei welchem eine Rückkopplungssteuerung
die Einschaltüberspannung erfolgt, kann unter einer bestimmten
Betriebsbedingung der Brennstoffzelle 40 ein Strombereich
existieren, in welchem nach dem Einschalten eines Zündschlüssels
die Rückkopplungssteuerung überhaupt nicht durchgeführt
wurde.
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Bei
der Anwendung 3 wird der Betrag einer Rückkopplung in dem
Bereich, in dem die Rückkopplungssteuerung bereits durchgeführt
wurde (korrigierter Strombereich) in dem Strombereich reflektiert, in
dem niemals eine Rückkopplungssteuerung stattgefunden hat
(unkorrigierter Strombereich). Beispielsweise schätzt in
der in 14 gezeigten Situation, in der
die Rückkopplungssteuerung niemals für den Strombereich
A1 durchgeführt wurde und die Rückkopplungssteuerung
für den Strombereich An als den gegenwärtigen
Zeitpunkt (Rückkopplungsbetrag Vn; Korrekturbetrag) durchgeführt
wurde, die Steuervorrichtung 80 eine Einschaltüberspannung
im Strombereich An-2 durch beispielsweise Addition des Rückkopplungsbetrags
Vn des aktuellen Zeitpunkts zum Spannungswert im Strombereich An-2. Durch
eine solche Gestaltung können selbst Strom-Spannungs-Charakteristika
für einen unbenutzten Strombereich geschätzt und
somit ein effektives Lernen realisiert werden. Theoretisch tritt
die Situation, daß der Spannungswert in jedem Strombereich
höher wird als der Spannungswert in niedrigen Strombereichen,
niemals auf. Deshalb kann, um eine solche Situation bei einer Rückkopplungssteuerung zu
verhindern, eine bestimmte Regel für die Rückkopplungssteuerung
(es existiert kein Wendepunkt) vorab eingestellt werden.
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Anwendung 4
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Wenn
die Einschaltüberspannung einer Rückkopplungssteuerung
unterzogen wird, kann die Steuervorrichtung (Abschätzeinheit) 80 die Strom-Spannungs-Charakteristika
der Brennstoffzelle 40 individuell für die Strom-Spannungs-Charakteristika
abschätzen, die sich mit der Stromzunahme verändern,
und für die Strom-Spannungs-Charakteristika, die sich mit
der Verringerung des Stroms verändern. Die 15 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderungsrichtung
eines Stroms und den Strom-Spannungs-Charakteristika zeigt, wobei
die fette durchgehende Linie die sich bei der Stromzunahme verändernden
Strom-Spannungs-Charakteristika zeigt, während die dünne durchgehende
Linie die Strom-Spannungs-Charakteristika zeigt, die sich mit der
Abnahme des Stroms verändern. Wie in 15 gezeigt,
unterscheidet sich die Hysterese zwischen den Strom-Spannungs-Charakteristika,
die sich mit der Stromzunahme ändern, und den Strom-Spannungs-Charakteristika,
die sich mit der Abnahme des Stroms verändern. Die Steuervorrichtung 80 ermittelt
die Änderungsrichtung des Ausgangsstroms (Zunahme oder
Abnahme) der Brennstoffzelle 40 und schätzt die
Strom-Spannungs-Charakteristika entsprechend der festgestellten Änderungsrichtung.
Zusätzlich wird bei der Anwendung 4 der absolute Wert des
Ausmaßes der Stromänderung bei der Durchführung
der Rückkopplungssteuerung für die Einschaltüberspannung
festgestellt, wenn der absolute Wert unter einem vorgegebenen Schwellenwert
liegt, während zwei Typen der Strom-Spannungs-Charakteristika
für eine Leistungssteuerung des Systems benutzt werden,
ohne die Rückkopplungssteuerung für die Einschaltüberspannung
durchzuführen, wenn der absolute Wert gleich oder größer
ist als der Schwellenwert.
- (1) Wenn der absolute
Wert des Ausmaßes der Stromänderung unter einem
Schwellenwert liegt.
Zunächst beurteilt die Steuervorrichtung,
ob das Ausmaß der Stromänderung ein positiver
oder ein negativer Wert ist. Wenn festgestellt wird, daß das Ausmaß der
Stromänderung ein positiver Wert ist, führt die
Steuervorrichtung 80 die Rückkopplungssteuerung
für die Einschaltüberspannung auf der Basis der
Strom-Spannungs-Charakteristika mit dem zunehmenden Strom (die fette
durchgehende Linie in 15) durch. Andererseits führt
die Steuervorrichtung 80 die Rückkopplungssteuerung
für die Einschaltüberspannung auf der Basis der
Strom-Spannungs-Charakteristika mit dem abnehmenden Strom (die dünne durchgehende
Linie in 15) durch, wenn festgestellt
wird, daß das Ausmaß der Stromänderung
ein negativer Wert ist.
- (2) Wenn der absolute Wert des Ausmaßes der Stromänderung
gleich einem Schwellenwert ist oder ihn übersteigt.
In ähnlicher
Weise beurteilt die Steuervorrichtung zunächst, ob das
Ausmaß der Stromänderung ein positiver oder ein
negativer Wert ist. Wenn festgestellt wird, daß das Ausmaß der
Stromänderung ein positiver Wert ist, führt die
Steuervorrichtung 80 die Leistungssteuerung für
das System unter Anwendung der Strom-Spannungs-Charakteristika mit
dem zunehmenden Strom (die fette durchgehende Linie in 15)
durch, ohne die Rückkopplungssteuerung für die
Einschaltüberspannung durchzuführen. Andererseits
führt die Steuervorrichtung 80 die Leistungssteuerung
für das System unter Verwendung der Strom-Spannungs-Charakteristika
mit dem abnehmenden Strom (die dünne durchgehende Linie
in 15) durch, ohne die Rückkopplungssteuerung
für die Einschaltüberspannung durchzuführen,
wenn festgestellt wird, daß der Betrag der Stromänderung
ein negativer Wert ist. Mit einer solchen Gestaltung kann die Genauigkeit
der Abschätzung der Strom-Spannungs-Charakteristika verbessert werden.
-
Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Es
ist ein Brennstoffzellensystemvorgesehen, das befähigt
ist, Strom-Spannungs-Charakteristika einer Brennstoffzelle genau
abzuschätzen. Ein Abschnitt zur Impedanzmessung mißt
eine Impedanz der Brennstoffzelle und erhält einen durch
einen Gleichstromwiderstand verursachten Spannungsabfall (Schritt
S100 bis Schritt S200). Ein Abschnitt zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
stellt die Menge des der Brennstoffzelle zugeführten Oxidansgases fest
und beurteilt dadurch, ob zu diesem Zeitpunkt das stöchiometrische
Luftverhältnis 1 ist oder höher (Schritt 300).
Ein Abschnitt zur Erzeugung einer Kurve der geschätzten
Strom-Spannungs-Charakteristika stellt fest, daß die verbleibende
Spannungskomponente zur Gänze aus einer Einschaltspannung
besteht, wenn das vom Abschnitt zur Beurteilung der Luftstöchiometrie
festgestellte stöchiometrische Luftverhältnis
1 oder höher ist (Schritt S400), während festgestellt
wird, daß die verbleibende Spannungsabfallkomponente die
Kombination der Einschaltüberspannung und den der Änderung
der elektromotorischen Spannung entsprechenden Spannungsabfall einschließt,
wenn festgestellt wird, daß das stöchiometrische
Luftverhältnis unter 1 liegt (Schritt S450).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2003-504807
T [0004]
- - JP 20005-50742 A [0006]