DE112009004990T5 - Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren beim Starten des Brennstoffzellensystems - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren beim Starten des Brennstoffzellensystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem, das gleichzeitig die Abnahme der Haltbarkeit sowie die Verschlechterung der Startfähigkeit verhindern kann, sowie ein Steuerverfahren beim Starten des Systems geschaffen. Ein Brennstoffzellensystem 1 hat einen Brennstoffzellenstapel 2 und ein Brenngasleitungssystem 4, welches dem Brennstoffzellenstapel 2 ein Brenngas zuführt, und ist geeignet, beim Starten unter dem Gefrierpunkt, wahlweise einen schnellen Aufwärmbetrieb auszuführen, um elektrische Leistung bzw. Strom bei einem stöchiometrischen Luftverhältnis unter dem beim Starten bei normaler Temperatur zu erzeugen, während eine Zirkulationspumpe dreht, wobei das Brennstoffzellensystem 1 ferner eine Blockierungsbestimmungseinheit 7 aufweist, die bestimmt, ob aufgrund eines Gefrierens in einer Brenngasleitung des Brennstoffzellenstapels 2 oder dem Brenngasleitungssystem 4 eine Blockierung auftritt, wobei, wenn eine Blockierung auftritt, die Zirkulationspumpe 24 im Schnell-Aufwärm-Betrieb gestoppt wird und Abbruchbedingungen für den Schnell-Aufwärm-Betrieb gemäß einem Blockierungsvolumen geändert werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem sowie ein Steuerverfahren beim Starten des Systems, und insbesondere eine Startsteuerung für einen Fall, bei dem eine Temperatur eines Brennstoffzellenstapels unter einer Gefriertemperatur von Wasser ist (d. h. unter einem Gefrierpunkt):
  • Stand der Technik
  • Bei einem Fall, bei dem festgestellt wird, dass eine Temperatur eines Brennstoffzellenstapels unter einer Gefriertemperatur (unter einem Gefrierpunkt) von Wasser ist wenn ein Brennstoffzellensystem gestartet wird, wird ein Steuerkennfeld für einen normalen Startvorgang zu einem Steuerkennfeld für einen Startvorgang unter dem Gefrierpunkt geändert, und die Brennstoffzelle wird entsprechend dem Kennfeld zum Starten unter dem Gefrierpunkt gestartet. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, um die Startfähigkeit zu verbessern, in diesem Fall einen Schnell-Aufwärm-Betrieb auszuführen, der schnell eine Temperatur bei einem Leistungserzeugungsteil derart erhöht, dass sie die Temperatur unter dem Gefrierpunkt übersteigt.
  • Der Schnell-Aufwärm-Betrieb (Stromerzeugung bei niedriger Effizienz) bedeutet eine Stromerzeugung, bei der ein Volumen eines einer Brennstoffzelle zugeführten Reaktionsgases geringer ist, als das bei der normalen Stromerzeugung und eine elektrische Verlustleitung größer ist als die bei der normalen Stromerzeugung, um die Brennstoffzelle in einem Zustand mit reduziertem stöchiometrischen Luftverhältnis zu betreiben. Die Brennstoffzelle kann durch beabsichtigtes höher Einstellen der elektrischen Verlustleistung in dieser Weise schnell aufgewärmt werden. Dagegen wird, im Falle der normalen Stromerzeugung, die Brennstoffzelle in einem Zustand betrieben, bei dem das stöchiometrische Luftverhältnis auf einen vorgegebenen Wert oder mehr eingestellt ist, so dass, durch Unterdrücken der elektrischen Verlustleistung, eine hohe Stromerzeugungseffizienz erzielt werden kann.
  • Druckschriften aus dem Stand der Technik
  • Patentschrifttum
    • Patentschrift 1 JP-2007-128698 A
    • Patentschrift 2 JP-2006-164736 A
    • Patentschrift 3 JP-2007-184202 A
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösendes Problem
  • Bei einem herkömmlichen Schnell-Aufwärm-Betrieb zum Starten unter einem Gefrierpunkt wird der Betrieb in einem Zustand gestartet, bei dem eine Anodengaszirkulationspumpe gedreht wird, um eine gleichmäßige Stromerzeugung auszuführen, weil die Haltbarkeit durch eine gleichmäßige Wasserstoffverteilung in der Brennstoffzelle verbessert wird.
  • Wenn jedoch eine Zelle durch ein Zufrieren des Anodenflusspfades verstopft bzw. blockiert wird, wird Wasserstoff aus dem in die verstopfte Zelle strömenden Gas verbraucht, so dass sich schließlich Stickstoff, der eine Verunreinigung darstellt, ablagert. Aus diesem Grund kann ein Phänomen auftreten, dass die Zellspannung aufgrund eines Mangels an Wasserstoff abfällt, und dass nicht gestartet werden kann.
  • Die Anodengaszirkulationspumpe kann angehalten werden, um die Startfähigkeit durch vermeiden dieses Phänomens zu verbessern, gleichwohl tritt dann ein Problem auf, dass die Haltbarkeit, wie vorstehend angeführt, abnimmt.
  • Die vorliegenden Erfindung hat als Aufgabe, in Anbetracht der vorgenannten Umstände, ein Brennstoffzellensystem, das gleichzeitig die Verschlechterung bzw. Abnahme der Haltbarkeit sowie die Verschlechterung der Startfähigkeit verhindern kann, sowie ein Steuerverfahren beim Starten des Systems zu schaffen.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, das aufweist: einen Brennstoffzellenstapel, der mit einem Brenngas und einem Oxidationsgas versorgt wird, um in einer elektrochemischen Reaktion elektrische Leistung zu erzeugen; ein Oxidationsgasleitungssystem, das dem Brennstoffzellenstapel ein Oxidationsgas zuführt; und ein Brenngasleitungssystem, das dem Brennstoffzellenstapel ein Brenngas zuführt; wobei das Brenngasleitungssystem einen. Zufuhrpfad umfasst, durch den das von einer Brenngaszufuhrquelle dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Brenngas fließt; einen Zirkulationspfad, der das aus dem Brennstoffzellenstapel abgegebene Brenngasabgas zum Zufuhrpfad zurückführt; sowie eine Zirkulationspumpe, die Brenngasabgas im Zirkulationspfad unter Druck dem Zufuhrpfad zuführt, wobei das Brennstoffzellensystem geeignet ist, beim Starten unter einem Gefrierpunkt, wahlweise einen schnellen Aufwärmbetrieb bzw. Schnell-Aufwärm-Betrieb auszuführen, um elektrische Leistung bei einem stöchiometrischen Luftverhältnis unter dem beim Starten bei normaler Temperatur zu erzeugen, während die Zirkulationspumpe gedreht wird, und wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: eine Blockierungsbestimmungseinheit, die, beim Starten unter dem Gefrierpunkt, bestimmt, ob aufgrund eines Gefrierens in einer Brenngasleitung des Brennstoffzellenstapels oder dem Brenngasleitungssystem eine Blockierung auftritt; und eine Steuerung für ein schnelles Aufwärmen, die, wenn bestimmt wird, dass eine Blockierung auftritt, die Zirkulationspumpe im Schnell-Aufwärm-Betrieb stoppt und Abbruchbedingungen für den Schnell-Aufwärm-Betrieb gemäß einem Grad der Blockierung ändert.
  • Wie nachfolgend beschrieben werden wird, wird, wenn der Abbruch basierend auf den Abbruchbedingungen des Schnell-Aufwärm-Betriebs, beispielsweise einer Brennstoffzellentemperatur, bestimmt wird, ein Abbruchbezugswert derselben beispielsweise zwischen einem Fall, wo das Brenngasleitungssystem verstopft bzw. blockiert ist oder Zellen eines großen Teils des Brennstoffzellenstapels blockiert sind und einem Fall, wo lediglich eine geringe Zahl von Zellen des Brennstoffzellenstapels blockiert sind, geändert. Folglich kann eine Zeit zum Stoppen eines Betriebs der Zirkulationspumpe entsprechend dem Grad der Blockierung optimiert werden und die Verschlechterung der Startfähigkeit kann unterdrückt werden.
  • Die Steuerung für ein schnelles Aufwärmen kann den Schnell-Aufwärm-Betrieb fortsetzen, bis der Brennstoffzellenstapel eine höhere Temperatur erreicht hat, wenn der Grad der Blockierung größer ist.
  • Der Grad der Blockierung kann durch Klassifizieren eines Blockierungszustands in zumindest zwei Bereiche bestimmt werden.
  • Einer der Blockierungszustände kann durch Beurteilen, ob die Zirkulationspumpe normal dreht, wenn eine Drehzahlanweisung an die Zirkulationspumpe ausgegeben wird, bestimmt werden. Wenn beispielsweise eine Drehzahlabweichung zwischen einer angewiesenen Drehzahl und einer Ist-Drehzahl oder ein angenommener Stromverbrauch bezüglich zur angewiesenen Drehzahl unter einem vorgegebenen Referenzwert ist, steigt die Ist-Drehzahl nicht bezüglich der Drehzahlanweisung gemäß der Anweisung an, und es kann somit bestimmt werden, dass das Brenngasleitungssystem oder die Zellen eines großen Teils des Brennstoffzellenstapels blockiert sind.
  • Ein anderer Blockierungszustand kann durch einen Abfall der Zellspannung des Brennstoffzellenstapels bestimmt werden, wenn der Schnell-Aufwärm-Betrieb ausgeführt wird. Bei einem Fall, bei dem die Zellspannung innerhalb einer vorgegebenen Zeit unter einen vorgegebenen Wert fällt, kann bestimmt werden, dass die Zelle blockiert bzw. verstopft ist. Zudem kann auch bei einem Fall, bei dem ein Abfallgradient der Zellspannung größer als ein vorgegebener Wert ist bestimmt werden, dass die Zelle blockiert ist.
  • Bei diesen Fällen ist der Grad der Blockierung nicht so erheblich wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall, bei dem das Brenngasleitungssystem blockiert ist oder die Zellen eines großen Teils des Brennstoffzellestapels blockiert sind, und es kann somit bestimmt werden, dass eine geringe Zahl von Zellen des Brennstoffzellenstapels blockiert sind, und die Abbruchbedingungen des Schnell-Aufwärm-Betriebs können wie vorstehend beschrieben variiert (z. B. gelockert) werden.
  • Die Steuerung für ein schnelles Aufwärmen kann die von dem Brennstoffzellenstapel zu erzeugende Wärmemenge und einen Absolutwert einer Zunahmerate eines vom Brennstoffzellenstapels erzeugten Stromes begrenzen, während die Zirkulationspumpe gestoppt ist. Während die Zirkulationspumpe gestoppt ist, wird keine gleichmäßige Stromerzeugung ausgeführt, eine Temperaturverteilung steigt an und die Haltbarkeit kann sich verringern, so dass die vorstehenden Beschränkungen bzw. Begrenzungen eingeführt werden, um einen Anstieg des Drucks des dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Brenngases zu unterdrücken, wodurch die Verschlechterung der Haltbarkeit unterdrückt bzw. vermieden wird.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung kann ein Zeitpunkt zum Anhalten bzw. Stoppen einer Zirkulationspumpe entsprechend einem Blockierungszustand in einem Brenngasleitungssystem oder einem Brennstoffzellenstapel optimiert werden. Folglich kann die Startfähigkeit verbessert werden, während die Verschlechterung bzw. Abnahme der Haltbarkeit unterdrückt bzw. vermieden wird.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Blockschaubild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerverfahrens beim Starten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerverfahrens beim Starten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
  • 4 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld zum Bestimmen einer Blockierung eines Anodenflusspfades zeigt;
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerverfahrens beim Starten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerverfahrens beim Starten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerverfahrens beim Starten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt; und
  • 8 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld zum Bestimmen einer Blockierung einer Zelle zeigt.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass, obwohl das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug, beispielsweise einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCHV) montiert werden kann, die Erfindung nicht auf ein derartiges Anwendungsbeispiel beschränkt ist sondern auf unterschiedliche bewegliche Körper, wie beispielsweise ein Schiff, ein Flugzeug, einen Zug sowie einen gehfähigen Roboter, angewandt werden kann sowie auf ortsfeste bzw. stationäre Systeme zum Erzeugen elektrischer Leistung angewandt werden kann, bei denen eine Brennstoffzelle beispielsweise als Stromerzeugungsequipment für ein Bauwerk (ein Haus, ein Gebäude, etc) verwendet wird.
  • Ein in 1 gezeigtes Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzelle 2, ein Oxidationsgas-Leitungssystem 3, das Luft (Sauerstoff) als Oxidationsgas der Brennstoffzelle 2 zuführt, ein Brenngas-Leitungssystem 4, das Wasserstoffgas als Brenngas der Brennstoffzelle 2 zuführt, ein Kühlmittel-Leitungssystem 5, das ein Kühlmittel der Brennstoffzelle 2 zuführt, um die Brennstoffzelle 2 zu kühlen, ein elektrisches Leistungssystem 6, welches elektrische Leistung des Systems 1 lädt und entlädt, und eine Steuerung 7 (eine Blockierungs-Bestimmungseinheit sowie eine Steuerung für ein schnelles Aufwärmen), die integral das gesamte System steuert.
  • Die Brennstoffzelle 2 ist beispielsweise eine Solid-Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle und umfasst eine Stapelstruktur (einen Zellenstapel), in dem eine große Zahl einzelner Zellen gestapelt ist. Jede einzelne Zelle hat eine Luftelektrode (eine Kathode) an einer Fläche eines Elektrolyts bestehend aus einer Ionenaustauschmenbran, eine Brennstoffelektrode (eine Anode) an der anderen Fläche des Elektrolyts, und hat ferner ein Paar Separatoren, welche die Luftelektrode und die Brennstoffelektrode von beiden Seiten sandwichartig zwischen sich aufnehmen. Das Oxidationsgas wird einer Oxidationsgasleitung 2a des einen Separators zugeführt, und das Brenngas wird einer Brenngasleitung 2b des anderen Separators zugeführt. Die Brennstoffzelle 2 erzeugt elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion des zugeführten Brenngases und Oxidationsgases.
  • Das Oxidationsgas-Leitungssystem 3 umfasst einen Zufuhrpfad 11, durch welchen das Oxidationsgas, das der Brennstoffzelle 2 zugeführt werden soll, strömt, einen Ausgabepfad 12, durch welchen ein von der Brennstoffzelle 2 ausgegebenes Oxidationsabgas strömt, und einen Bypasspfad 17, durch welchen das Oxidationsgas strömt, während es die Brennstoffzelle 2 überbrückt. Ein stromabwärtiges Ende des Zufuhrpfades 11 ist mit einem stromaufwärtigen Ende der Oxidationsgasleitung 2a verbunden, und ein stromaufwärtiges Ende des Ausgabepfades 12 ist mit einem stromabwärtigen Ende der Oxidationsgasleitung 2a verbunden. Zudem befindet sich das Oxidationsabgas in einem sehr feuchten Zustand, da das Gas durch eine Zellenreaktion der Brennstoffzelle 2 erzeugte Feuchtigkeit enthält.
  • Der Zufuhrpfad 11 ist mit einem Kompressor 14 vorgesehen, der das Oxidationsgas (Außenluft) durch einen Luftfilter 13 ansaugt, sowie einem Befeuchter 15, der das unter Druck der Brennstoffzelle 2 über den Kompressor 14 zugeführte Oxidationsgas anfeuchtet. Der Befeuchter 15 tauscht die Feuchtigkeit zwischen dem durch den Zufuhrpfad 11 strömenden Oxidationsgas mit hoher Feuchtigkeit und dem Oxidationsabgas, welches durch den Ausgabepfad 12 strömt und geringe Feuchtigkeit enthält, aus, um in angemessener Weise das der Brennstoffzelle 2 zuzuführende Oxidationsgas anzufeuchten.
  • Ein Gegendruck des Oxidationsgases, das der Brennstoffzelle 2 zugeführt werden soll, wird durch ein Druckregelventil 16, das im Ausgabepfad 12 in der Nähe eines Kathodenauslasses angeordnet ist, geregelt. In der Nähe des Druckregelventils 16 ist ein Drucksensor P1 vorgesehen, der einen Druck in dem Ausgabepfad 12 erfasst. Das Oxidationsabgas wird schließlich als Abgas durch das Druckregelventil 16 und den Befeuchter 15 an die Umgebung außerhalb des Systems abgegeben.
  • Das Brenngas-Leitungssystem (das Anoden-Flusspfadsystem) 4 umfasst eine Wasserstoff-Zufuhrquelle 21, einen Zufuhrpfad 22, durch welchen ein der Brennstoffzelle 2 von der Wasserstoff-Zufuhrquelle 21 zuzuführendes Wasserstoffgas strömt, einen Zirkulationspfad 23, der ein Wasserstoffabgas (ein Brenngasabgas), das von der Brennstoffzelle 2 ausgegeben wird, zu einem Verbindungsteil A des Zufuhrpfades 22 zurückführt, eine Wasserstoffpumpe 24 (eine Gaszirkulationspumpe), die das Wasserstoffabgas unter Druck in den Zirkulationspfad 23 zum Zufuhrpfad 22 führt, sowie einen Spülpfad 25, der abzweigend mit dem Zirkulationspfad 23 verbunden ist. Das Wasserstoffgas, das aus der Wasserstoff-Zufuhrquelle 21 zum Zufuhrpfad 22 durch Öffnen eines Hauptventils 26 strömt, wird der Brennstoffzelle 2 durch ein Druckreduzierventil, z. B. ein Druckregelventil 27, und ein Sperrventil 28 zugeführt. Der Spülpfad 25 ist mit einem Spülventil 33 ausgestattet, welches Wasserstoffabgas zu einer Wasserstoff-Verdünnungsvorrichtung (nicht dargestellt) ausgibt.
  • Das Kühlmittel-Leitungssystem 5 umfasst einen Kühlmittel-Flusspfad 41, der mit einer Kühlleitung 2c in der Brennstoffzelle 2 verbunden ist, eine Kühlpumpe 42, die im Kühlmittel-Flusspfad 41 angeordnet ist, einen Kühler 43, der das Kühlmittel kühlt, welches von der Brennstoffzelle 2 ausgegeben wird, einen Bypass-Flusspfad 44, der den Kühler 43 umgeht, sowie ein Schaltventil 45, das einen Kühlwasserfluss durch den Kühler 43 und den Bypass-Flusspfad 44 einstellt. Der Kühlmittel-Flusspfad 41 umfasst einen Temperatursensor 46, der in der Nähe eines Kühlmittel-Einlasses der Brennstoffzelle 2 vorgesehen ist, sowie einen Temperatursensor 47, der in der Nähe eines Kühlmittel-Auslasses der Brennstoffzelle 2 vorgesehen ist.
  • Die vom Temperatursensor 47 erfasste Kühlmitteltemperatur gibt eine Innentemperatur der Brennstoffzelle 2 (nachfolgend als FC-Temperatur bezeichnet) wieder. Es sei angemerkt, dass der Temperatursensor 47 eine Bauteiltemperatur um die Brennstoffzelle (eine mit der Brennstoffzelle zusammenhängende Temperatur) oder eine Außenlufttemperatur um die Brennstoffzelle (die mit der Brennstoffzelle zusammenhängende Temperatur) anstelle (oder zusätzlich zu) der Kühlmitteltemperatur erfasst. Zudem zirkuliert die Kühlpumpe 42 das Kühlmittel und führt dieses Kühlmittel dem Kühlmittel-Flusspfad 41 der Brennstoffzelle 2 durch Motorkraft zu.
  • Das elektrische Leistungssystem 6 umfasst einen Hochspannungs-DC/DC-Wandler 61, eine Batterie 62, einen Traktionsinverter 63, einen Traktionsmotor 64 und verschiedene Hilfsinverter 65, 66 und 67. Der Hochspannungs-DC/DC-Wandler 61 ist ein Gleichstrom-Spannungswandler und hat eine Funktion zum Regulieren bzw. Regeln einer Gleichstromspannung, die von der Batterie 62 eingegeben wird, und zum Ausgeben der Spannung zum Traktionsinverter 63, sowie eine Funktion zum Regeln einer Gleichstromspannung, die von der Brennstoffzelle 2 oder dem Traktionsmotor 64 eingegeben wird, und zum Ausgeben der Spannung zur Batterie 62. Das Laden/Entladen der Batterie 62 wird durch diese Funktionen des Hochspannungs-DC/DC-Wandlers 61 realisiert. Darüber hinaus wird eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 durch den Hochspannungs-DC/DC-Wandler 61 gesteuert.
  • Die Batterie (die Speicherbatterie) 62 ist eine ladbare/entladbare Sekundärbatterie und umfasst beispielsweise eine Nickel-Wasserstoffbatterie oder dergleichen. Zudem können unterschiedliche Arten von Sekundärbatterien verwendet werden. Anstelle der Batterie 62 kann eine andere ladbare/entladbare Speicherbatterie als die Sekundärbatterie verwendet werden, zum Beispiel kann ein Kondensator verwendet werden.
  • Der Traktionsinverter 63 wandelt einen Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom um und speist den Strom dem Traktionsmotor 64 ein. Der Traktionsmotor 64 (der Antriebskraft-Generator) ist beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor. Der Traktionsmotor 64 dient als Hauptantriebsquelle, zum Beispiel für ein Fahrzeug 100, an welchem das Brennstoffzellensystem 1 angebracht ist, und ist mit Rädern 101L und 101R des Fahrzeugs 100 verbunden. Die Hilfsinverter 65, 66 und 67 steuern jeweils den Antrieb der Motoren des Kompressors 14, der Wasserstoffpumpe 24 und der Kühlmittelpumpe 42.
  • Die Steuerung 7 besteht aus einem Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM und einem RAM. Die CPU führt gewünschte Berechnungen gemäß einem Steuerprogramm aus, um unterschiedliche Arten von Abläufen und Steuerungen, wie die Steuerung eines Normalbetriebs und die Steuerung eines nachfolgend beschriebenen Aufwärmbetriebs, auszuführen. Das ROM speichert das Steuerprogramm und Steuerdaten, die von der CPU verarbeitet werden. Das RAM wird hauptsächlich für verschiedene Arbeitsbereiche der Steuerverarbeitung verwendet.
  • Ein Zeitgeber bzw. Timer 70, ein Spannungssensor 72 sowie ein Stromsensor 73 sind mit der Steuerung 7 verbunden. Der Timer 70 misst unterschiedliche Zeitpunkte, welche zum Steuern des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 benötigt werden. Der Spannungssensor 72 erfasst die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 (die FC-Spannung). Genauer gesagt, erfasst der Spannungssensor 72 die von jeder einzelnen Zelle der Brennstoffzelle 2 erzeugte Spannung (nachfolgend als Zellspannung bezeichnet). Somit wird der Zustand jeder einzelnen Zelle der Brennstoffzelle 2 erfasst. Der Stromsensor 73 erfasst einen Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 (den FC-Strom).
  • Die Steuerung 7 gibt Erfassungssignale verschiedener Sensoren ein, wie zum Beispiel des Drucksensors P1 und der Temperatursensoren 46 und 47, die für das Gassystem (das Oxidationsgas-Leitungssystem 3 und das Brenngas-Leitungssystem 4) sowie das Kühlmittelsystem 5 verwendet werden, eines Außenluftsensors 51 zum Erfassen einer Außenlufttemperatur einer Umgebung, in der sich das Brennstoffzellensystem 1 befindet, und eines Gaspedal-Öffnungssensors zum Erfassen einer Gaspedalöffnung des Fahrzeugs 100, um Steuersignale an bildende Elemente (den Kompressor 14, das Druckregelventil 16, ein Bypassventil 18, etc.) auszugeben. Darüber hinaus führt die Steuerung 7 die Diagnose der Feuchtigkeit der Brennstoffzelle 2 und dergleichen zu vorgegebenen Zeitpunkten durch, und steuert die Feuchtigkeit der Brennstoffzelle 2 basierend auf den Diagnoseergebnissen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bei Bedarf zum Startzeitpunkt (z. B. beim Starten unterhalb eines Gefrierpunkts) des Brermstoffzellensystems 1 eine elektrische Leistungserzeugung bzw. Stromerzeugung bei niedriger Effizienz ausgeführt, so dass ein Volumen eines der Brennstoffzelle 2 zugeführten Reaktionsgases niedriger ist als das während der normalen Stromerzeugung, und dass eine elektrische Verlustleistung gröber ist als während der normalen Stromerzeugung, wodurch ein schnelles Aufwärmen ausgeführt wird. Hierbei bedeutet die Stromerzeugung bei niedriger Effizienz die Stromerzeugung, bei der das Volumen des Reaktionsgases (das Oxidationsgas der vorliegenden Ausführungsform), das der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird, niedriger ist als das während der normalen Stromerzeugung (in anderen Worten: geringer als das während zumindest der Stromerzeugung bei normaler Temperatur), und die elektrische Verlustleistung größer als die während der normalen Stromerzeugung ist (in anderen Worten: die Leistungserzeugung, bei der die elektrische Verlustleistung größer ist als zumindest während der Stromerzeugung bei normaler Temperatur), und die Brennstoffzelle 2 wird in einem Zustand betrieben, wo ein stöchiometrisches Luftverhältnis auf beispielsweise etwa 1,0 (ein theoretischer Wert) verringert ist.
  • Die Brennstoffzelle 2 kann durch absichtliches hohes Einstellen der elektrischen Verlustleistung in dieser Weise schnell aufgewärmt werden. Dagegen wird, im Fall der normalen Stromerzeugung einschließlich zumindest der Stromerzeugung bei normaler Temperatur die Brennstoffzelle 2 in einem Zustand betrieben, wo das stöchiometrische Luftverhältnis auf beispielsweise 2,0 oder höher (ein theoretischer Wert) eingestellt ist, so dass eine hohe Stromerzeugungs-Effizienz erhalten werden kann, während die elektrische Verlustleistung unterdrückt wird. Die Steuerung 7 dient als Steuerung für die elektrische Leistungs- bzw. Stromerzeugung, welche die elektrische Stromerzeugung bei niedriger Effizienz ausführt, bei der das Volumen des Reaktionsgases, das der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird, sofern nötig, niedriger ist als das während der normalen Stromerzeugung, und die elektrische Verlustleistung größer ist als jene wähnend der normalen Stromerzeugung.
  • Nachfolgend wird die Impedanzmessung und dergleichen beschrieben.
  • Zunächst bestimmt die Steuerung 7, ob die Diagnose des Feuchtigkeitszustands der Brennstoffzelle 2 (nachfolgend der Diagnosezeitpunkt) erforderlich ist. Zum Diagnosezeitpunkt wird die Diagnose in geeigneter Weise auch während des Betriebs und dergleichen ausgeführt, sowie zum Beispiel zum Ende oder Beginn des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1. Die Steuerung 7 der vorliegenden Ausführungsform erfasst, beispielsweise anhand eines AUS-Betriebs eines Zündschalters durch einen Fahrer des Fahrzeugs 100 oder dergleichen, dass eine Betriebsabbruch-Anweisung des Brennstoffzellensystems eingegeben wurde, und bestimmt, dass der Diagnosezeitpunkt gekommen ist.
  • Die Steuerung 7 misst eine Impedanz der Brennstoffzelle 2 und diagnostiziert den Feuchtigkeitszustand der Brennstoffzelle 2 basierend auf dem Messergebnis. Die Steuerung 7 der vorliegenden Ausführungsform tastet mit einer vorliegenden Abtastrate die vom Spannungssensor 72 erfasste FC-Spannung und den vom Stromsensor 73 erfassten FC-Strom ab und führt eine Fourier-Transformationsverarbeitung (FFT-Berechnungsverarbeitung oder DFT-Berechnungsverarbeitung) und dergleichen aus. Dann misst die Steuerung 7 die Impedanz der Brennstoffzelle 2 durch Teilen eines FC-Spannungssignals nach der Fourier-Transformation durch ein FC-Stromsignal nach der Fourier-Transformation oder durch eine andere Verarbeitung.
  • Dann liest die Steuerung 7 eine Referenzimpedanz, welche in einem eingebauten Referenzimpedanz-Speicher gespeichert ist, und vergleicht die gelesene Referenzimpedanz mit der gemessenen Impedanz.
  • Hierbei ist die Referenzimpedanz ein Referenzwert zum Bestimmen, ob die Brennstoffzelle 2 in einem trockenen Zustand ist oder nicht, und wird vorab durch Experimente oder dergleichen erhalten. Genauer gesagt, wird die Impedanz zum Bestimmen, ob die Brennstoffzelle 2 in trockenem Zustand ist oder nicht, durch Experimente oder dergleichen erhalten, und diese Impedanz wird, nach Umsetzung in einem Kennfeld, im Referenzimpedanz-Speicher gespeichert.
  • Zudem vergleicht die Steuerung 7 eine vom Temperatursensor 47 erfasste FC-Temperatur (nachfolgend die erfasste FC-Temperatur) mit einer Referenz-FC-Temperatur, die in einem eingebauten Referenz-FC-Temperaturspeicher hinterlegt ist. Hierbei ist die Referenz-FC-Temperatur ein Bestimmungs-Referenzwert zum Bestimmen, ob die Brennstoffzelle 2 die elektrische Stromerzeugung bei niedriger Effizienz zulässt, und wird vorab durch Experimente oder dergleichen erhalten. Genauer gesagt wird die FC-Temperatur zum Bestimmen, ob die Stromerzeugung bei niedriger Effizienz zugelassen werden soll, durch Experimente erhalten, und diese FC-Temperatur wird, nachdem sie in ein Kennfeld umgesetzt wurde, im Referenz-FC-Temperaturspeicher hinterlegt.
  • Nachfolgend wird ein spezifisches Beispiel der Steuerung zum Starten an einem kalten Tag im Brennstoffzellensystem 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird festgestellt, ob eine Anoden-Zirkulationsleitung oder die Wasserstoffpumpe 24 blockiert ist, oder ob der Zellenstapel der Brennstoffzelle 2 in mehreren Kanälen (z. B. sind im Wesentlichen alle Zellen blockiert) blockiert ist (diese Bestimmung wird nachfolgend als „die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1” bezeichnet). Dann wird bestimmt, ob der Zellenstapel der Brennstoffzelle 2 in einer geringen Zahl von Kanälen (eine geringe Zahl von Zellen ist blockiert) blockiert ist (diese Bestimmung wird nachfolgend als „die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 2” bezeichnet). Gemäß den jeweiligen Bestimmungssituationen schaltet die Steuerung 7 geeignete Startbetriebe. Ein Verfahren hierzu wird nachfolgend unter Verwendung eines Ablaufs dargestellt.
  • Zunächst wird die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie in dem Ablauf des Schaubilds gezeigt, bestimmt, wenn ein Anwender ein Fahrzeug startet (Schritt ST1), die Steuerung 7 im nächsten Schritt ST2, ob ein Normaltemperaturstart ausgeführt werden kann oder nicht. Das bedeutet, die Außenlufttemperatur wird anhand der Temperatur der jeweiligen Teile des Systems geschätzt, und es wird bestimmt, dass eine Möglichkeit eines Gefrierens vorliegt, wenn die Temperatur niedriger als ein Grenzwert T1 ist. Hierbei wird die Außenlufttemperatur direkt gemessen, und es kann bestimmt werden, dass die Möglichkeit des Gefrierens vorliegt, wenn die Außenlufttemperatur niedriger als ein vorgegebener Grenzwert T2 ist.
  • Wenn in Schritt ST2 festgestellt wird, dass keine Möglichkeit des Gefrierens vorliegt, wird der Normaltemperaturstart (der Normalstart) initiiert (Schritt ST3). Wenn festgestellt wird, dass die Möglichkeit des Gefrierens gegeben ist, wird zunächst in Schritt ST4 eine Drehzahl-Anweisung zum Antreiben der Wasserstoffpumpe 24 bei einer vorgegebenen Drehzahl X zur Pumpe 4 ausgegeben, und die Ist-Drehzahl der Wasserstoffpumpe 24 wird in Schritt ST5 bestätigt.
  • Wenn die Wasserstoffpumpe 24 gemäß dem Anweisungswert ohne Probleme dreht, wird davon ausgegangen, dass keine nennenswerte Blockierung im Brenngas-Leitungssystem 4 und der Brenngasleitung der Brennstoffzelle 2 vorliegt (diese Pfade werden nachfolgend allgemein als „Anoden-Flusspfad” bezeichnet), und es wird daher angenommen bzw. bestimmt, dass die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1 negativ ist (in diesem Fall wird von einem Zeichen A in 3 fortgesetzt, und die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 2 wird ausgeführt). Detaillierter ausgedrückt, kann diese Erfassung anhand der Drehzahlabweichung zwischen der angewiesenen Drehzahl und der Ist-Drehzahl ausgeführt werden, oder eine Beziehung zwischen der angewiesenen Drehzahl und dem Stromverbrauch.
  • Beispielsweise nimmt die Steuerung 7 vorab ein in 4 gezeigtes Kennfeld, bestimmt, dass die Wasserstoffpumpe 24 nicht normal dreht, wenn der Stromverbrauch größer als ein bestimmter Wert ist, der ursprünglich im Vergleich zur angewiesenen Drehzahl angenommen wurde, nimmt an, dass die Blockierung erheblich ist, und fährt mit dem nächsten Schritt fort (einem Fluss B in 5).
  • Zudem kann, als Abwandlungsbeispiel der Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1, bestimmt werden, dass eine Blockierung auftritt, wenn die Zellspannung nicht auf einen vorgegebenen OCV-Bestimmungswert während eines Δt nach der Wasserstoff-Einspeisung anwächst. Wie in 8 dargestellt, steigt die Zellspannung nicht ausreichend in der Zelle an, in der die Brenngasleitung blockiert ist, woraus das Vorliegen/Fehlen der Blockierung bestimmt werden kann. Diese Blockierung kann für jede Zelle bestimmt werden.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen der Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 2. Wenn in der Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1 bestimmt wird, dass keine signifikante Blockierung im Anoden-Flusspfad aufgetreten ist, wird nachfolgend die in diesem Ablauf gezeigte Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 2 ausgeführt.
  • Zunächst wird ein normales Starten unter einem Gefrierpunkt (schnelles Aufwärmen) ausgeführt, bei dem die Brennstoffzelle 2 in einem Zustand betrieben wird, wo das stöchiometrische Luftverhältnis auf etwa 1,0 beschränkt ist, während die Wasserstoffpumpe 24 gedreht wird (Schritt ST6). Dann wird die Zellspannung überwacht, bis eine vorgegebene Startkorrektheit-Bestimmungszeit t1 verstrichen ist, und eine Warnung wird ausgegeben, dass ein Start nicht möglich ist, wenn die Zellspannung auf eine negative Zellspannung V1 oder darunter fällt (Schritte ST7 und ST8). Somit wird das Blockierung der Einlassseite der Brennstoffzelle 2 bestimmt.
  • Nachfolgend wird die Zellspannung gemessen, bis eine vorgegebene Blockierungs-Erfassungszeit t2 (t2 > t1) verstrichen ist. Eine blockierte Zelle ist in einem stickstoffreichen Zustand, so dass eine negative Spannung erzeugt wird. Anhand dieser Tatsache wird bestimmt, ob eine Zelle vorliegt, deren Zellenspannung auf eine negative Spannung V2 oder weniger fällt, und es wird in diesem Fall bestimmt, dass eine Blockierung in einem Teil des Zellenstapels auftritt (Schritt ST9). In diesem Fall wird der Ablauf mit C in 6 fortgesetzt.
  • Wenn dagegen die Bestimmung des Schrittes ST9 negativ ist, wird davon ausgegangen, dass kein Blockieren im Anoden-Flusspfad vorliegt, und das normale Starten unter dem Gefrierpunkt wird initiiert. In diesem Fall wird der Ablauf mit D in 7 fortgesetzt.
  • Jede Situation wird auf diese Weise bestimmt, und das Starten der jeweiligen Abläufe, die in den 5 bis 7 gezeigt werden, wird gemäß dieser Situation ausgeführt. Nachfolgend wird ein Fall beschrieben, der jede bestimmte Situation klassifiziert.
    • (B) Ein Fall, bei dem durch die Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 1 bestimmt wird, dass eine bemerkenswerte bzw. signifikante Blockierung im Anoden-Flusspfad auftritt (5): In diesem Fall wird ein Anoden-Nichtzirkulations-Starten unterhalb des Gefrierpunkts initiiert (ST10). Das bedeutet, der Schnell-Aufwärmbetrieb wird in einem Zustand ausgeführt, wo die Wasserstoffpumpe 24 angehalten wird und ein Anodendruck erhöht wird (und zudem eine Spülfrequenz erhöht wird). Somit wird die signifikante Blockierung aufgrund des Gefrierens im Anoden-Flusspfad durch Druck und Wärme gelöst.
  • Wenn die Temperatur, bei der angenommen wird, dass die Blockierung einigermaßen gelöst ist, erreicht ist, d. h. wenn eine Stapeltemperatur eine vorgegebene Temperatur T3 oder eine Wasserstoffpumpentemperatur eine vorgegebene Temperatur T4 erreicht, wird die Wasserstoffpumpe 24 gedreht (ST11).
  • Dann steigt die Stapeltemperatur weiter, bis sie die vorgegebene Temperatur T5 erreicht (T5 > T3), und der Normalbetrieb wird initiiert (ST12).
    • (C) Ein Fall, bei dem in der Anoden-Flusspfad-Blockierungsbestimmung 2 bestimmt wird, dass die Blockierung in einer geringen Zahl der Zellen auftritt (6): Auch in diesem Fall wird das Anoden-Nichtzirkulations-Starten unter dem Gefrierpunkt initiiert (ST20). Das bedeutet, der Schnell-Aufwärmbetrieb wird in einem Zustand ausgeführt (fortgesetzt), wo die Wasserstoffpumpe 24 angehalten ist und der Anodendruck erhöht ist (und zudem die Spülfrequenz erhöht ist). Somit kann das Blockieren aufgrund des Gefrierens in einer geringen Anzahl der Zellen durch Druck und Wärme gelöst werden.
  • Wenn die Temperatur, bei der angenommen wird, dass das Blockieren einigermaßen gelöst ist, erreicht ist, d. h. wenn die Stapeltemperatur eine vorgegebene Temperatur T6 erreicht (T6 ≤ T3) oder die Wasserstoffpumpen-Temperatur eine vorgegebenen Temperatur T7 erreicht (T7 ≤ T4), wird die Wasserstoffpumpe 24 gedreht (ST21).
  • Dann wird, wenn die Stapeltemperatur weiter bis zur vorgegebenen Temperatur T8 steigt (T8 > T6), der Normalbetrieb initiiert (ST22).
    • (D) Ein Fall, wo keine Anoden-Flusspfad-Blockierung 2 auftritt (7): In diesem Fall wird das Normalstarten unter dem Gefrierpunkt, das in Schritt ST6 initiiert wurde, fortgesetzt wie es ist (Schritt ST30).
  • Dann wird, wenn die Stapeltemperatur derart ansteigt, dass sie eine vorgegebene Temperatur T9 erreicht, das stöchiometrische Luftverhältnis, das bis zu dieser Zeit auf etwa 1,0 verringert wurde, auf beispielsweise 2,0 oder höher eingestellt, und der Normalbetrieb wird initiiert (ST31).
  • Die vorgenannten Stapeltemperaturen T5, T8 und T9, bei denen der Normalbetrieb initiiert wird, haben folgende Beziehung: T5 > T8 > T9.
  • Das bedeutet, der Aufwärmbetrieb wird fortgesetzt, bis die Brennstoffzelle 2 eine höhere Temperatur erreicht, wenn ein Blockierungsgrad deutlich erheblicher ist.
  • Wir vorstehend beschrieben, werden bei der vorliegenden Ausführungsform Bedingungen zum Wechsel zum Normalbetrieb, in anderen Worten:
    Abbruchbedingungen für den Schnell-Aufwärmbetrieb, gemäß dem Blockierungszustand verändert, und somit kann die Startzeit durch Optimierung des Zeitpunkts zum Stoppen des Betriebs der Wasserstoffpumpe 25 gemäß dem Blockierungszustand minimiert werden. Dadurch kann die Startfähigkeit der Brennstoffzelle 2 verbessert werden, während die Verschlechterung bzw. Abnahme der Haltbarkeit unterdrückt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass der Zeitpunkt zum Drehen der Wasserstoffpumpe 24 anhand einer verstrichenen Zeit nach dem Starten bestimmt werden kann, einer geschätzten Temperatur der durch den Stapel erzeugten Wärmemenge, eines erzeugten Stromwerts oder einer Änderung im Druck während des Spülens (der Druck fällt entsprechend aufgrund der sich lösenden Blockierung).
  • Da ferner der Schnell-Aufwärmbetrieb in einem Zustand ausgeführt wird, wo die Wasserstoffpumpe 24 angehalten ist, wenn die Anoden-Flusspfadblockierung 1 und die Anoden-Flusspfadblockierung 2 auftreten, wird die elektrische Stromerzeugung nicht einheitlich ausgeführt und eine Temperaturverteilung nimmt zu, und die Haltbarkeit der Brennstoffzelle 2 kann negativ beeinflusst werden. Um die Verschlechterung der Haltbarkeit zu vermeiden, können die Wärmemenge, die vom Stapel erzeugt wird, sowie ein Absolutwert einer Zunahmerate des erzeugten Stroms des Stapels begrenzt werden.
  • Zudem kann bei einem Fall, wo die Blockierung im Anoden-Flusspfad beim Starten unterhalb des Gefrierpunkts aufgetreten ist, davon ausgegangen werden, dass ein Spülbetrieb, der zum Zeitpunkt des vorhergehenden Stopps des Betriebs (z. B. am Tag zuvor) ausgeführt wurde, nicht ausreichend war. Hierbei bedeutet der Spülbetrieb einen Arbeitsvorgang zum Entfernen zurückbleibender Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle 2 durch Ausgeben der Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle 2 nach außen, wenn die Stromerzeugung der Brennstoffzelle 2 gestoppt ist. Beispielsweise wird Oxidationsgas dem Zufuhrpfad 11 vom Kompressor 14 in einem Zustand zugeführt, wo die Zufuhr von Wasserstoffgas zur Brennstoffzelle 2 gestoppt ist.
  • Daher kann bei dem Fall, wo die Blockierung im Anoden-Flusspfad zum Starten unterhalb des Gefrierpunktes wie vorstehend beschrieben auftritt, verbliebenes Wasser durch Ändern des Spülprozesses zum Stoppzeitpunkt des Betriebs, der als Nächstes ausgeführt werden soll, um das Innere der Brennstoffzelle 2 weiter auszutrocknen, derart verringert werden, dass ein Gefrieren bis zum nächsten Starten vermieden werden kann. Insbesondere ist es möglich, Vorkehrungen wie das Ausführen des Spülbetriebs über eine längere Zeitspanne, und das Ändern des Grenzwerts der Impedanz in dem Fall zu treffen, wo verbliebenes Wasser anhand der Impedanz ermittelt wurde.
  • Zudem kann in dem Fall, wo der Spülbetrieb wie oben beschrieben ausgeführt wird, wenn eine verbleibende Kapazität der Sekundär-Batterie ungenügend ist, die elektrische Leistung für den Spülbetrieb nicht von der Sekundärbatterie erhalten werden, wodurch es möglich wird, dass das Spülen ungenügend ausgeführt wird.
  • In einem solchen Fall wird daher eine Solltemperatur während des Betriebs der Brennstoffzelle vor dem Spülbetrieb erhöht, um die Temperatur bei der Beendigung zu erhöhen. In dem Fall, wo die Temperatur der Brennstoffzelle während des Spülbetriebs hoch ist, wird das Trocknen schnell ausgeführt, und somit wird ein Trockenspülen ermöglicht, selbst wenn die elektrische Leistung für das Spülen niedrig ist.
  • Das Verfahren wird beispielsweise wie folgt ausgeführt.
  • Zunächst werden eine Temperatur und Lademenge der Sekundärbatterie vor dem Stopp des Betriebs erfasst. Dann wird die elektrische Energie, welche für den Spülbetrieb verwendet werden kann (die für den Spülbetrieb verfügbare elektrische Energie) unter Bezugnahme auf ein Kennfeld aus der erfassten Temperatur und Lademenge oder dergleichen berechnet.
  • Dann wird gemäß der elektrischen Energie, die für das Spülen zur Verfügung steht, eine Solltemperatur (Tt1) während des Normalbetriebs erhöht, je niedriger die verfügbare Energie für das Spülen wird.
  • Wenn ferner eine Situation auftritt, bei der eine vorgegebene Ausgabe wegen der Situation der Sekundärbatterie nicht erhalten werden kann, beispielsweise einer Fehlfunktion, wird auch die Ausgabe der Brennstoffzelle 2 begrenzt, und das Spülen wird in einem derartigen Fall unzureichend ausgeführt. Somit werden die folgenden Bestimmungen ausgeführt.
  • Zunächst wird die für das Spülen verfügbare elektrische Energie anhand der Temperatur der Sekundärbatterie bestimmt. Dann wird gemäß der für das Spülen verfügbaren elektrischen Energie eine Solltemperatur (Tt2) während des Normalbetriebs angehoben, je niedriger die für das Spülen verfügbare elektrische Energie ist.
  • Eine höhere Temperatur der Betriebs-Solltemperaturen Tt1 und Tt2, die auf diese Weise berechnet wurden, wird als Ist-Solltemperatur während des Betriebs angesetzt.
  • Ferner kann anstelle des Betriebs der Brennstoffzelle 2 hin zur Solltemperatur, eine Soll-Impedanz der Brennstoffzelle 2 erhöht werden. Das bedeutet, durch Erhöhen der Soll-Impedanz in dem Fall, wo die Lademenge der Sekundärbatterie gering ist, anstelle des Erhöhens der Temperatur der Brennstoffzelle wird die Trocknungsspülung ermöglicht, selbst wenn die elektrische Energie für das Spülen niedrig ist, wie vorstehend beschrieben.
  • Ferner kann eine Soll-Feuchtigkeitsmenge der Brennstoffzelle 2 anstelle des Betriebs der Brennstoffzelle 2 zur Solltemperatur gesenkt werden. Das heißt, das Trockenspülen wird durch Absenken der Soll-Feuchtigkeitsmenge in dem Fall, wo die Lademenge der Sekundärbatterie niedrig ist, anstelle des Erhöhens der Temperatur der Brennstoffzelle ermöglicht, selbst wenn die elektrische Leistung für das Spülen niedrig ist, wie vorstehend beschrieben. Der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffzelle 2 wird allgemein basierend auf der Impedanz oder einem anderen Zahlenwert berechnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellesystem
    2
    Brennstoffzelle
    7
    Steuerung (Blockierungsbestimmungseinheit, Steuerung für ein schnelles Aufwärmen und Spülsteuerung)
    24
    Wasserstoffpumpe (Anodengaszirkulationspumpe)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-128698 A [0004]
    • JP 2006-164736 A [0004]
    • JP 2007-184202 A [0004]

Claims (6)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel, der mit einem Brenngas und einem Oxidationsgas versorgt wird, um in einer elektrochemischen Reaktion elektrische Leistung zu erzeugen; ein Oxidationsgasleitungssystem, das dem Brennstoffzellenstapel ein Oxidationsgas zuführt; und ein Brenngasleitungssystem, das dem Brennstoffzellenstapel ein Brenngas zuführt; wobei das Brenngasleitungssystem einen Zufuhrpfad umfasst, durch den das von einer Brenngaszufuhrquelle dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Brenngas fließt; einen Zirkulationspfad, der das aus dem Brennstoffzellenstapel abgegebene Brenngasabgas zum Zufuhrpfad zurückführt; sowie eine Zirkulationspumpe, die Brenngasabgas im Zirkulationspfad unter Druck dem Zufuhrpfad zuführt, wobei das Brennstoffzellensystem geeignet ist, beim Starters unter dem Gefrierpunkt, wahlweise einen Schnell-Aufwärm-Betrieb auszuführen, um elektrische Leistung bei einem stöchiometrischen Luftverhältnis unter dem beim Starten bei normaler Temperatur zu erzeugen, während die Zirkulationspumpe gedreht wird, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: eine Blockierungsbestimmungseinheit, die, beim Starten unter dem Gefrierpunkt, bestimmt, ob aufgrund eines Gefrierens in einer Brenngasleitung des Brennstoffzellenstapels oder dem Brenngasleitungssystem eine Blockierung auftritt; und eine Steuerung für ein schnelles Aufwärmen, die, wenn bestimmt wird, dass eine Blockierung auftritt, die Zirkulationspumpe im Schnell-Aufwärm-Betrieb stoppt und Abbruchbedingungen für den Schnell-Aufwärm-Betrieb gemäß einem Grad der Blockierung ändert.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung für ein schnelles Aufwärmen den Schnell-Aufwärm-Betrieb fortsetzt, bis der Brennstoffzellenstapel eine höhere Temperatur erreicht hat, wenn der Grad der Blockierung größer ist.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Grad der Blockierung durch Klassifizieren eines Blockierungszustands in zumindest zwei Bereiche bestimmt wird.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei einer der Blockierungszustände durch Beurteilen, ob die Zirkulationspumpe normal dreht, wenn eine Drehzahlanweisung an die Zirkulationspumpe ausgegeben wird, bestimmt wird.
  5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein anderer Blockierungszustand durch einen Abfall der Zellspannung des Brennstoffzellenstapels bestimmt wird, wenn der Schnell-Aufwärm-Betrieb ausgeführt wird.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung für ein schnelles Aufwärmen die von dem Brennstoffzellenstapel zu erzeugende Wärmemenge und einen Absolutwert einer Zunahmerate eines vom Brennstoffzellenstapels erzeugten Stromes begrenzt, während die Zirkulationspumpe gestoppt ist.
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