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DE112007002394T5 - Brennstoffzellensystem und sein Betriebsverfahren - Google Patents

Brennstoffzellensystem und sein Betriebsverfahren Download PDF

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DE112007002394T5
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Kota Toyata-shi Manabe
Tomoya Toyota-shi Ogawa
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Brennstoffzellensystem umfassend: eine Elektrizität erzeugende Brennstoffzelle und Steuermittel zur Zuführung einer Ausgangsleistung zu einer vorgegebenen Lastleistungsquelle während eine Aktion der Brennstoffzelle mit geringer Auslastung realisiert wird, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird, wobei das Steuermittel die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert einstellt, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und sein Betriebsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Bisher wurde ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen und praktisch in Gebrauch genommen, das eine Brennstoffzelle einschließt, die geeignet ist, mit einem Reaktionsgas (ein Brenngas und ein Oxidationsgas) versorgt zu werden. Derzeit wird eine Technologie vorgeschlagen, bei der eine Aktion mit niedriger Auslastung (eine Aktion in einem Zustand des Wirkungsgrades der Leistungserzeugung geringer als jener bei einer normalen Aktion) der Brennstoffzelle ausgeführt wird, um die Energie des zugeführten Reaktionsgases in mehr Wärmeenergie umzuwandeln und dadurch die Temperatur der Brennstoffzelle anzuheben.
  • Die Aktion der Brennstoffzelle mit niedriger Auslastung wird häufig „während des Starts" oder „während des Stoppens" der Brennstoffzelle durchgeführt, um die Brennstoffzelle in einer Umgebung mit niedriger Temperatur aufzuwärmen. Außerdem wurde in den letzten Jahren ein technisches Konzept offenbart, nach dem die Aktion mit niedriger Auslastung selbst dann durchgeführt wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle niedriger ist als „während des normalen Betriebs" (siehe beispielsweise die japanische, offengelegte Patentanmeldung Nr. 2006-73501 ).
  • Offenbarung der Erfindung
  • Jedoch wird „während des normalen Betriebs" einer Brennstoffzelle Leistung von der Brennstoffzelle einer vorbestimmten Lastleistungsquelle (z. B. einem Antriebsmotor für ein Fahrzeug) zugeführt. Deshalb kann bei der Durchführung einer Aktion mit niedriger Auslastung in der gleichen Weise wie bei einem herkömmlichen Beispiel zur Bevorzugung des Temperaturanstiegs der Brennstoffzelle der Lastleistungsquelle nicht ausreichend Leistung zugeführt werden und es kann schwierig sein, die Lastleistungsquelle anzutreiben.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts einer solchen Situation entwickelt und es ist eine ihrer Aufgaben, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das befähigt ist, sowohl den Betrieb der Lastleistungsquelle als auch das Aufwärmen bei einer Aktion mit niedriger Auslastung zu realisieren.
  • Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem umfassend: eine Elektrizität erzeugende Brennstoffzelle und Steuermittel zur Zuführung einer Ausgangsleistung zu einer vorgegebenen Lastleistungsquelle, während eine Aktion der Brennstoffzelle mit geringer Auslastung realisiert wird, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird, wobei das Steuermittel die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert einstellt, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.
  • Außerdem ist ein Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems einschließlich einer Elektrizität erzeugenden Brennstoffzelle, wobei das Verfahren einen Schritt zur Zuleitung einer Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zu einer vorgegebenen Lastleistungsquelle während der Realisierung einer Aktion mit geringer Auslastung der Brennstoffzelle umfaßt, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird, wobei der Schritt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert einstellt, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.
  • Wenn eine solche Konstruktion und Verfahrensweise angewandt wird, kann die Aktion mit geringer Auslastung der Brennstoffzelle bei einem Zustand realisiert werden, bei dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert eingestellt ist, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der vorgegebenen Lastleistungsquelle (z. B. ein Antriebsmotor des Fahrzeugs). Deshalb kann sowohl der Betrieb der Lastleistungsquelle als auch das Aufheizen durch die Aktion mit geringer Auslastung realisiert werden.
  • Beim obigen Brennstoffzellensystem wird es vorgezogen, das Steuermittel zur Einstellung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle einzusetzen.
  • In diesem Falle kann die maximale Temperaturerhöhungswirkung durch die Aktion mit geringer Auslastung erreicht werden, während die minimale Betriebsspannung für den Betrieb der Lastleistungsquelle gesichert wird.
  • Überdies wird es beim obigen Brennstoffzellensystem vorgezogen, das Steuermittel zur Steuerung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle ansprechend auf eine Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle und zur Änderung der Ausgangsleistung einzusetzen, während eine konstante Ausgangsspannung der Brennstoffzelle in einem Falle aufrechterhalten wird, in dem sich die Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle ändert.
  • Wenn eine solche Konstruktion angewandt wird, kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle selbst in einem Falle konstant gehalten werden, in dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit der Änderung der Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle geändert wird. Deshalb kann das Auftreten einer elektrischen Ladung oder Entladung aufgrund der Änderung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unterdrückt werden, so daß die Präzision der Steuerung der Ausgangsleistung verbessert werden kann. Überdies kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf der minimalen Betriebsspannung gehalten werden, wie sie ist, selbst wenn die Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle sich ändert, so daß die maximale Temperaturerhöhungswirkung durch die Aktion mit geringer Auslastung konstant erhalten werden kann.
  • Des weiteren kann beim Brennstoffzellensystem das Steuermittel zur Einstellung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert geringer als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle eingesetzt werden, um die Aktion mit geringer Auslastung in einem Falle zu realisieren, in dem beurteilt wird, daß keine Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle vorliegt.
  • Wenn eine solche Konstruktion angewandt wird und keine Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle vorliegt, kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf den Wert eingestellt werden, der kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle, um die Aktion mit geringer Auslastung zu realisieren. Deshalb kann die für den Antrieb der Lastleistungsquelle eingesetzte Kraftenergie in thermische Energie umgewandelt werden und tatsächlich für die effiziente Aufheizung genutzt werden, und die Zeit für die Temperaturerhöhung kann verkürzt werden.
  • Überdies kann beim Brennstoffzellensystem der Antriebsmotor des Fahrzeugs als Lastleistungsquelle eingesetzt werden und Auswahlmittel zur Auswahl einer Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs können vorgesehen werden. In einem solchen Falle ist es möglich, das Steuermittel einzusetzen, um zu beurteilen, daß keine Ausgabeanforderung vom Antriebsmotor des Fahrzeugs vorliegt, wenn die vom Auswahlmittel ausgewählte Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs die neutrale Betriebsweise oder die dem Parken zugeordnete Betriebsweise ist.
  • Außerdem wird es beim Brennstoffzellensystem vorgezogen, das Steuermittel zur Fortsetzung des Betriebs und der Steuerung des Antriebsmotors des Fahrzeugs einzusetzen, wenn die durch das Auswahlmittel gewählte Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs eine neutrale Betriebsweise oder eine dem Parken zugeordnete Betriebsweise ist und die gegenelektromotorische Spannung des Antriebsmotors des Fahrzeugs größer ist als eine vorgegebene Bezugsspannung.
  • Falls eine solche Konstruktion verwendet wird, kann der Betrieb und die Steuerung des Antriebsmotors des Fahrzeugs fortgesetzt werden, wenn die Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs die neutrale Betriebsweise oder die dem Parken zugeordnete Betriebsweise ist, aber die gegenmotorische Spannung des Antriebsmotors des Fahrzeugs größer ist als die vorgegebene Bezugsspannung (z. B. eine Systemspannung während der Aktion mit geringer Auslastung). Folglich kann die Beschädigung eines Wechselrichters aufgrund der gegenmotorischen Spannung des Antriebsmotors des Fahrzeugs oder dergleichen unterdrückt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Brennstoffzellensystem vorgesehen werden, das befähigt ist, sowohl den Betrieb der Lastleistungsquelle als auch die Aufheizung durch die Aktion mit geringer Auslastung zu realisieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaltbild eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Ausgangsleistung und einem Leistungsverlust während einer normalen Aktion des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 2B ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Ausgangsleistung und einem Leistungsverlust während einer Aktion bei geringer Auslastung des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems zeigt;
  • 3 ist ein Strom-Spannungs-Diagramm, während der normalen Aktion und der Aktion bei geringer Auslastung des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems;
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems; und
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines zweiten Betriebsverfahrens bei geringer Auslastung des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems.
  • Beste Weise die Erfindung auszuführen
  • Nachfolgend wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem bordeigenen Leistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs angewandt wird.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 die Konstruktion eines Brennstoffzellensystems 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, schließt das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle 2 ein, der ein Reaktionsgas (ein Oxidationsgas und ein Brenngas) zur Erzeugung von Elektrizität zugeführt wird; ein Leitungssystem 3 für Oxidationsgas, das der Brennstoffzelle 2 Luft als Oxidationsgas zuführt; ein Brenngasleitungssystem 4, das der Brennstoffzelle 2 ein Wasserstoffgas als das Brenngas zuführt, ein Leistungssystem 5, das die Leistung des Systems lädt und entlädt; eine Steuervorrichtung 6, die allgemein das ganze System steuert, und dergleichen.
  • Die Brennstoffzelle 2 wird von beispielsweise einer Bauart mit festem Polymer-Elektrolyt gebildet und schließt eine Stapelkonstruktion ein, bei der eine große Zahl von Zelleneinheiten geschichtet ist. Jede Zelleneinheit der Brennstoffzelle 2 besitzt einen Kathodenpol (einen Luftpol) auf einer Seitenfläche eines von einer Elektronenaus tauschmembran gebildeten Elektrolyten, einen Anodenpol (einen Brennstoffpol) auf der anderen Seitenfläche des Elektrolyten und ein Paar von Separatoren, die den Kathodenpol und den Anodenpol von beiden Seiten her sandwichartig einschließen. Ein Brenngas wird einem Brenngaskanal eines der Separatoren zugeführt, das Oxidationsgas wird einem Oxidationsgaskanal des anderen Separators zugeführt, und die auf diese Weise zugeführten Gase erzeugen in der Brennstoffzelle 2 Elektrizität. An der Brennstoffzelle 2 sind ein Stromsensor 2a und ein Spannungssensor 2b zur Ermittlung eines Stroms und einer Spannung (eines Ausgangsstroms und einer Ausgangsspannung) während der Leistungserzeugung angebracht, sowie ein Temperatursensor 2c zur Feststellung der Temperatur der Brennstoffzelle 2. Es ist festzuhalten, daß die Brennstoffzelle 2 außer der Bauart mit festem Polymer-Elektrolyt jede andere Bauart verwenden kann, wie die Phosphorsäurebauart oder die Schmelzkarbonatbauart.
  • Das Leitungssystem 3 für Oxidationsgas besitzt einen Luftkompressor 31, einen Oxidationsgasversorgungskanal 32, ein Befeuchtungsmodul 33, einen Kathodenabgaskanal 34, einen Verdünner 35, einen Motor M1 zum Antrieb des Luftkompressors 31 und dergleichen.
  • Der Luftkompressor 31 wird durch eine Antriebskraft des Motors M1 angetrieben, der in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl der Steuervorrichtung 6, dem Kathodenpol der Brennstoffzelle 2 aus der Außenluft entnommenen Sauerstoff (das Oxidationsgas) über einen (nicht dargestellten) Luftfilter zuzuführen, in Betrieb gesetzt wird. Der Oxidationsgasversorgungskanal 32 ist ein Gaskanal für die Weiterleitung von durch den Luftkompressor 31 gefördertem Sauerstoff an den Kathodenpol der Brennstoffzelle 2. Ein Kathodenabgas wird vom Kathodenpol der Brennstoffzelle 2 abgeführt. Zusätzlich zu dem für die Zellenreaktion der Brennstoffzelle 2 benutzten Sauerstoffabgas schließt das Kathodenabgas auf der Seite des Kathodenpols erzeugten Pumpwasserstoff (pumping hydrogen) und dergleichen ein. Dieses Kathodenabgas schließt einen Wassergehalt ein, der durch die Zellenreaktion der Brennstoffzelle 2 erzeugt wird, und gelangt deshalb in einen hochfeuchten Zustand.
  • Das Befeuchtungsmodul 33 führt einen Austausch des Wassergehalts zwischen dem durch den Oxidationsgasversorgungskanal 32 strömenden und einen niedrigen Befeuchtungszustand aufweisenden Oxidationsgas und dem durch den Kathodenabgaskanal 34 strömenden und den hochfeuchten Zustand aufweisenden Kathodenabgas durch und befeuchtet in geeigneter Weise das der Brennstoffzelle 2 zugeführte Oxidationsgas. Der Kathodenabgaskanal 34 ist ein Gaskanal zur Ableitung des Kathodenabgases aus dem System und ist mit einem Luftdruckeinstellventil A1 nahe einem Kathodenpolausgang des Gaskanals versehen. Der Rückdruck des der Brennstoffzelle 2 zugeführten Oxidationsgases wird durch das Luftdruckeinstellventil A1 eingestellt. Der Verdünner 35 verdünnt die Ableitungskonzentration des Wasserstoffabgases in einem vorgegebenen Konzentrationsbereich (ein Bereich, der auf der Basis eines Umweltstandards oder dergleichen vorgegeben ist). Der Verdünner 35 ist mit der stromab gelegenen Seite des Kathodenabgaskanals 34 und der stromab gelegenen Seite eines später beschriebenen Anodenabgaskanals 44 verbunden und ein Wasserstoffabgas und das Sauerstoffabgas werden vermischt, verdünnt und aus dem System abgeleitet.
  • Das Brenngasleitungssystem 4 besitzt eine Brenngasversorgungsquelle 41, einen Brenngasversorgungspfad 42, einen Brenngaskreislaufpfad 43, den Anodenabgaskanal 44, eine Pumpe 45 für den Wasserstoffkreislauf und dergleichen.
  • Die Brenngasversorgungsquelle 41 ist ein Mittel zur Zufuhr eines Brenngases, wie das Wasserstoffgas, zur Brennstoffzelle 2 und wird beispielsweise von einem Hochdruckwasserstofftank, einem Wasserstoffspeichertank, oder dergleichen gebildet. Der Brenngasversorgungspfad 42 ist ein Gaskanal zur Führung des von der Brenngasversorgungsquelle 41 abgegebenen Brenngases zum Anodenpol der Brennstoffzelle 2, und der Gaskanal ist von der stromauf gelegenen Seite zur stromab gelegenen Seite aufeinanderfolgend mit Ventilen, wie einem Tankventil H1, einem Wasserstoffversorgungsventil H2 und einem Brennstoffzelleneinlaßventil H3 versehen. Das Tankventil H1, das Wasserstoffversorgungsventil H2 und das Brennstoffzelleneinlaßventil H3 sind Absperrventile, um das Brenngas der Brennstoffzelle 2 zuzuführen (oder abzusperren) und werden beispielsweise von elektromagnetischen Ventilen gebildet.
  • Der Brenngaskreislaufpfad 43 ist ein Kanal für rückzuführendes Gas, um Gas, das nicht an der Reaktion teilgenommen hat, zur Brennstoffzelle 2 zurückzuführen, und der Gaskanal ist mit einem Auslaßventil H4 der Brennstoffzelle, der Pumpe 45 für den Wasserstoffkreislauf und dem Rückschlagventil 46 versehen, die von der stromauf gelegenen Seite zur stromab gelegenen Seite aufeinanderfolgend angeordnet sind. Das von der Brennstoffzelle 2 abgegebene, einen geringen Druck aufweisende Brenngas, das nicht an der Reaktion teilgenommen hat, wird in geeigneter Weise von der durch die Antriebskraft des Motors M2 angetriebenen Pumpe 45 für den Wasserstoffkreislauf unter Druck gesetzt, der in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl von der Steuervorrichtung 6 in Aktion tritt, und das Gas wir dem Brenngasversorgungspfad 42 zugeführt. Die Gegenströmung des Brenngases vom Brenngasversorgungspfad 42 zum Brenngaskreislaufpfad 43 wird durch das Rückschlagventil 46 verhindert. Der Anodenabgaskanal 44 ist ein Gaskanal, um das von der Brennstoffzelle 2 abgegebene, das Wasserstoffabgas enthaltende Anodenabgas aus dem System abzuführen, und ist mit einem Spülventil H5 versehen.
  • Das Leistungssystem 5 schließt einen Hochspannungs-Gleichspannungswandler 51, eine Batterie 52, einen Antriebsumrichter, einen Hilfsmaschinenumrichter 54, einen Fahrmotor M3, einen Hilfsmaschinenmotor M4 und dergleichen ein.
  • Der Hochspannungs-Gleichspannungswandler 51 ist ein Gleichspannungswandler und hat die Funktion, den Gleichspannungseingang von der Batterie 52 zur Ausgabe der Spannung zur Seite des Antriebsumrichters 53 zu regeln, sowie die Funktion, den Gleichspannungseingang von der Brennstoffzelle 2 oder dem Fahrmotor M3 zur Ausgabe der Spannung an die Batterie 52 zu regeln. Diese Funktionen des Hochspannungs-Gleichspannungswandlers 51 realisieren das Laden/Entladen der Batterie 52. Außerdem steuert der Hochspannungs-Gleichspannungswandler 51 die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2.
  • Die Batterie 52 ist eine ladbare/entladbare Sekundärbatterie und weist jede Art einer Sekundärbatterie auf (z. B. eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder dergleichen). Die Batterie 52 kann eine überschüssige Leistung oder eine Hilfszufuhr an Leistung durch die Steuerung eines (nicht gezeigten) Batteriecomputers laden. Die Spannung (pressure) eines Teils der durch die Brennstoffzelle 2 erzeugten Gleichstromleistung wird durch den Hochspannungs-Gleichspannungswandler 51 zum Laden der Batterie 52 angehoben/abgesenkt. An die Batterie 52 ist ein SOC-Sensor 5a angefügt, der den Ladezustand (SOC = state of charge) der Batterie 52 feststellt. Es ist anzumerken, daß statt der Batterie 52 ein anderer ladbarer/entladbarer Speicher (z. B. ein Kondensator) eingesetzt werden kann.
  • Der Antriebsumrichter 53 und der Hilfsmaschinenumrichter 54 sind Inverter mit Pulsbreitenmodulation (PWM), die ansprechend auf den gegebenen Steuerbefehl die Gleichstromausgangsleistung aus der Brennstoffzelle 2 oder der Batterie 52 in eine Dreiphasen-Wechselstromleistung umwandelt, um die Leistung dem Fahrmotor M3 und dem Hilfsmaschinenmotor M4 zuzuführen. Der Fahrmotor M3 ist ein Motor (ein Fahrzeugantriebsmotor) für Antriebsräder 7L, 7R und ist eine Ausführungsform einer Lastleistungsquelle bei der vorliegenden Erfindung. Am Fahrmotor M3 ist ein Drehzahlermittlungssensor 5b angeordnet, der die Motordrehzahl feststellt. Der Hilfsmaschinenmotor M4 ist ein Motor zum Antrieb jeder Art von Hilfsmaschine und bezieht sich allgemein auf den Motor M1 für den Antrieb des Luftkompressors 31, den Motor M2 zum Antrieb der Pumpe 45 für den Wasserstoffkreislauf und dergleichen.
  • Die Steuervorrichtung 6 wird von einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen gebildet und steuert allgemein jede Einheit des Systems auf der Basis eines jeden eingehenden Sensorsignals. Insbesondere berechnet die Steuervorrichtung 6 eine geforderte Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 2 auf der Basis der Sensorsignale, die von einem den Öffnungsgrad des Fahrpedals feststellenden Fahrpedalsensor 6a, einem SOC-Sensor 5a, dem Drehzahlsensor 5b und dergleichen ausgehen. Dann steuert die Steuervorrichtung 6 die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2, um die Ausgangsleistung zu erzeugen, die dieser geforderten Ausgangsleistung entspricht. Überdies steuert die Steuervorrichtung 6 eine Ausgangsimpulsbreite und dergleichen des Antriebsumrichters 53 und des Hilfsmaschinenumrichters 54 zur Steuerung des Fahrmotors M3 und des Hilfsmaschinenmotors M4.
  • Zudem stellt die Steuervorrichtung 6 die Temperatur der Brennstoffzelle 2 auf der Basis des von dem in der Brennstoffzelle 2 vorgesehenen Temperatursensors 2c ausgegebenen Sensorsignals fest und vergleicht die festgestellte Temperatur mit einer vorgegebenen Vergleichstemperatur, um zu beiurteilen, ob ein Aufheizen erforderlich ist oder nicht. Des weiteren führt die Steuervorrichtung 6 die normale Betriebssteuerung durch, falls die Temperatur der Brennstoffzelle 2 die Vergleichstemperatur überschreitet und die Vorrichtung feststellt, daß ein Aufheizen unnötig ist. Dabei ist die normale Betriebssteuerung jene Verfahrensweise, bei der die Aktion bei einem hochwirksamen Betriebspunkt (d. h. der Betriebspunkt, der nur einen geringen Leistungsverlust aufweist) ausgeführt wird, ohne das Aufheizen durchzuführen. Andererseits führt die Steuervorrichtung 6 eine Betriebsweise mit geringer Effizienz (eine Betriebsweise, die die Aktion an einem Betriebspunk mit geringer Leistungserzeugungseffizienz durchführt,) in dem Falle durch, bei dem die Temperatur der Brennstoffzelle 2 gleich der Vergleichstemperatur ist oder geringer als diese und die Vorrichtung feststellt, daß das Aufheizen erforderlich ist.
  • Nun wird das Verhältnis zwischen der normalen Betriebsweise und der Betriebsweise mit geringer Effizienz unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben.
  • In den 2A und 2B zeigt die Abszisse den Ausgangsstrom an und die Ordinate die Ausgangsspannung und die der geöffneten Schaltung entsprechende Spannung (OCV) ist eine Spannung bei einem Zustand, bei dem es keinem Strom gestattet ist, durch die Brennstoffzelle 2 zu fließen. Im Allgemeinen führt in der Brennstoffzelle 2, die befähigt ist, die in den 2A (2B) gezeigten Strom/Spannungs-Charakteristika (I/V-Charakteristika) anzunehmen, wie in 2A gezeigt die Steuervorrichtung 6 die Aktion bei einem normalem Betriebspunkt (I0, V0) durch, bei dem der Leistungsverlust in Bezug zur Ausgangsspannung klein ist. Andererseits führt die Steuervorrichtung 6, wenn ein Aufheizvorgang durchgeführt wird, wie in 2B gezeigt die Aktion bei einem Betriebspunkt (IL, VL) mit niedriger Auslastung mit einem großen Leistungsverlust durch, um die interne Temperatur der Brennstoffzelle 2 anzuheben. Bei einem Verfahren zur Durchführung einer solchen Aktion bei niedriger Auslastung kann, was die durch eine Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff gewonnene Energie betrifft, der Anteil an Verlustleistung (Wärmeenergie) positiv erhöht werden, so daß eine schnelle Aufheizung realisiert werden kann.
  • Es ist anzumerken, daß die 3 eine I/V-Kennlinie (durchgezogene Linie) während der normalen Aktion und eine I/V-Kennlinie (unterbrochene Linie) während der Aktion mit niedriger Auslastung zeigt, und die Betriebspunkte können während der normalen Aktion und der Aktion mit niedriger Auslastung durch Verwendung dieser Kennlinien ermittelt werden. Die I/V-Kennlinie (die unterbrochene Kennlinie) während der Aktion mit geringer Auslastung kann in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit der Leistungsanforderung vom Fahrmotor M3 eingestellt werden und die 3 zeigt ein Beispiel der Kennlinie.
  • Des weiteren realisiert die Steuervorrichtung 6 zwei Arten von Aktionen mit geringer Auslastung. Insbesondere in einem Falle, in dem die Steuervorrichtung 6 beurteilt, daß es keinerlei Leistungsanforderung vom Fahrmotor M3 gibt, realisiert die Vorrichtung die Aktion mit geringer Auslastung (eine erste Aktion mit geringer Auslastung), die keine positive Antriebssteuerung des Fahrmotors M3 zur Folge hat. Andererseits realisiert in dem Falle, in dem die Steuervorrichtung 6 beurteilt, daß die Anforderung von Leistung vom Fahrmotor M3 besteht, die Aktion mit geringer Auslastung (eine zweite Aktion mit geringer Auslastung), die eine positive Antriebssteuerung des Fahrmotors M3 zur Folge hat. Das heißt, die Steuervorrichtung 6 ist eine Ausführungsform des Steuermittels bei der vorliegenden Erfindung.
  • Außerdem berechnet die Steuervorrichtung 6 die für den Betrieb des Fahrmotors 3 mindestens erforderliche Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 (die minimale Betriebsspannung: z. B. Vlim, gezeigt in 3) basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante, der Drehzahl, der maximalen Ausgangsleistung und dergleichen des Fahrmotors M3. Überdies stellt, wie in 3 durch einen Betriebspunkt P1 gezeigt, die Steuervorrichtung 6 die Ausgangsspannung (VL2) der Brennstoffzelle 2 bei der zweiten Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert ein, der kleiner ist als die minimale Antriebsspannung (Vlim). Bei der zweiten Aktion mit geringer Auslastung ist, wie durch einen Betriebspunkt Plim (I, Vlim) in 3 gezeigt, die Ausgangsspannung (VL2) der Brennstoffzelle 2 vorzugsweise auf einen Wert gleich der minimalen Betriebsspannung eingestellt.
  • Des weiteren ändert die Steuervorrichtung 6 die Ausgangsleistung, während die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf einem konstanten Wert (der minimalen Betriebsspannung) gehalten wird, wenn sich die Anforderung nach Ausgangsleistung vom Fahrmotor M3 während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung ändert. Beispielsweise ändert die Steuervorrichtung 6 den Ausgangsstrom von I nach I', wenn sich die Anforderung nach Ausgangsleistung vom Fahrmotor M3 von Plim nach Plim' ändert, während die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2, wie in 3 gezeigt, auf der minimalen Betriebsspannung Vlim gehalten wird.
  • Zudem beurteilt die Steuervorrichtung 6 das Vorhandensein der Anforderung nach Ausgangsleistung vom Fahrmotor M3 auf der Basis eines von einem Bedienungsabschnitt 8 (Auswahlmittel) ausgesandten Signals von einem Bedienungsabschnitt 8 (Auswahlmittel), der von einem Schalthebel oder dergleichen zur Auswahl der Betriebsweise des Fahrmotors M3 (P: Parken, R: Rückwärtsfahrt, N: Neutraler Betriebszustand, D: Vorwärtsfahrt, B: regeneratives Bremsen) gebildet wird. Insbesondere in einem Falle, in dem die Steuervorrichtung 6 ein Signal empfängt, das anzeigt, daß die durch den Bedienungsabschnitt 8 ausgewählte Betriebsweise des Fahrmotors M3 Parken (P) oder Neutral (N) ist, beurteilt die Vorrichtung, daß vom Fahrmotor M3 keine Anforderung nach Ausgangsleistung zur Realisierung der ersten Aktion mit geringer Auslastung gibt. Andererseits, falls die Steuervorrichtung 6 ein Signal empfängt, das anzeigt, daß die vom Bedienungsabschnitt 8 ausgewählte Betriebsweise des Fahrmotors M3 Rückwärtsfahrt (R), Vorwärtsfahrt (D) oder regeneratives Bremsen (B) ist, beurteilt die Vorrichtung, daß vom Fahrmotor M3 eine Anforderung nach Ausgangsleistung zur Realisierung der zweiten Aktion mit geringer Auslastung besteht.
  • Es ist anzumerken, daß, wenn die gegenelektromotorische Spannung des Fahrmotors M3 größer ist als eine vorgegebene Bezugsspannung (z. B. die Systemspannung während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung) und die Steuervorrichtung 6 die Steuerung des Antriebsumrichters 53 stoppt, die gegenelektromotorische Leistung des Fahrmotors M3 auf den Antriebsumrichter 53 wirkt. Folglich setzt die Vorrichtung die Betriebssteuerung des Fahrmotors M3 (die Steuerung des Antriebsumrichters) fort, selbst wenn die Steuervorrichtung 6 das Signal empfangt, daß die durch den Bedienungsabschnitt 8 ausgewählte Betriebsweise des Fahrmotors M3 das Parken (P) oder Neutral (N) ist, wenn die gegenelektromotorische Spannung des Fahrmotors M3 größer als die vorgegebene Bezugsspannung ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Steuervorrichtung 6 die gegenelektromotorische Leistung des Fahrmotors M3 auf der Basis einer mit der Drehzahl des Fahrmotors M3 verbundenen Information oder dergleichen, ausgesandt vom Drehzahlermittlungssensor 5b.
  • Nun wird das Betriebsverfahren des Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme nach den 4 und 5 beschrieben.
  • Zunächst ermittelt die Steuervorrichtung 6 die Temperatur der Brennstoffzelle 2 auf der Basis der Sensorsignals, das vom Temperatursensor 2c ausgegeben wird (ein Temperaturermittlungsschritt: S1) und vergleicht die festgestellte Temperatur mit der vorgegebenen Bezugstemperatur, um zu beurteilen, ob ein Aufheizen nötig ist oder nicht (ein Aufheizbeurteilungsschritt: S2). Wenn beim Aufheizbeurteilungsschritt S2 die Temperatur der Brennstoffzelle 2 die Bezugstemperatur überschreitet und die Steuervorrichtung 6 beurteilt, daß eine Aufheizung unnötig ist, realisiert die Vorrichtung die normale Aktion (Schritt zur normalen Aktion: S6). Andererseits, wenn beim Aufheizbeurteilungsschritt: S2 die Temperatur der Brennstoffzelle 2 gleich der Bezugstemperatur oder geringer ist und die Steuervorrichtung 6 beurteilt, daß eine Aufheizung erforderlich ist, stellt die Vorrichtung das Vorhandensein einer Anforderung nach Ausgangsleistung vom Fahrmotor M3 fest (Schritt zur Beurteilung der Leistungsausgabeforderung: S3).
  • Beim Schritt S3 zur Beurteilung der Leistungsausgabeforderung realisiert die Vorrichtung, falls die Steuervorrichtung 6 feststellt, daß keine Anforderung zur Leistungsausgabe vom Fahrmotor M3 besteht, die erste Aktion mit geringer Auslastung (Schritt zur ersten Aktion mit geringer Auslastung: S4). Beim Schritt S4 zur ersten Aktion mit geringer Auslastung stellt die Steuervorrichtung 6 einen Zielbetriebspunkt ein, d. h. einen angezielten Befehlswert für den Ausgangsstrom und einen angezielten Befehlswert für die Ausgangsspannung (beispielsweise der Betriebspunkt P1 (IL1, VL1), gezeigt in 3. In diesem Falle stellt die Steuervorrichtung 6 den Befehlswert für die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf einen Wert ein, der geringer ist als die minimale Antriebsspannung des Fahrmotors M3 (z. B. Vlim in 3). Dann führt die Steuervorrichtung 6 eine Steuerung durch, um die durch den Spannungssensor 2b festgestellte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 durch Benützung des Hochspannungs-Gleichspannungswandlers 51 nahe an den Befehlswert der Ausgangsspannung heranzubringen, und die Vorrichtung senkt eine der Brennstoffzelle 2 zuzuführende Luftmenge durch Gebrauch des Luftkompressors 31 oder des Luftdruckeinstellventils A1, wodurch eine Steuerung durchgeführt wird, um den durch den Stromsensor 2a festgestellten Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 nahe an den Befehlswert des Ausgangsstroms heranzubringen. Die Steuervorrichtung 6 beendet die erste Aktion mit geringer Auslastung, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 2 die vorgegebene Bezugstemperatur überschreitet.
  • Andererseits realisiert die Vorrichtung die zweite Aktion mit geringer Auslastung (ein Schritt zur zweiten Aktion mit geringer Auslastung: S5) beim Schritt S3 zur Beurteilung der Leistungsausgabeforderung, falls die Steuervorrichtung 6 urteilt, daß eine Forderung nach Leistungsausgabe vom Fahrmotor 6 besteht. Hier wird nun der Schritt S5 zur zweiten Aktion mit geringer Auslastung unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm in 5 beschrieben.
  • Zunächst berechnet die Steuervorrichtung 6 die Leistungsausgabeanforderung an die Brennstoffzelle 2 auf der Basis der Sensorsignale, die vom SOC-Sensor 5a, dem Drehzahlermittlungssensor 5b und dergleichen ausgesandt werden (Schritt zur Berechnung der geforderten Ausgangsleistung: S10). Anschließend berechnet die Steuervorrichtung 6 die minimale Antriebsspannung (z. B. Vlim, in 3) des Fahrmotors M3 als Befehlswert der Ausgangsspannung auf der Basis der gegenelektromotorischen Spannungskonstante, der Drehzahl, der maximalen Ausgangsleistung und dergleichen der Fahrmotors M3 (ein Schritt zur Berechnung des Spannungsbefehlswerts: S11).
  • Anschließend berechnet die Steuervorrichtung 6 den Befehlswert des Ausgangsstroms auf der Basis der I/V-Kennlinie entsprechend der beim Schritt S10 zur Berechnung der geforderten Ausgangsleistung berechneten, geforderten Ausgangsleistung und der minimalen Antriebsspannung (der Befehlswert der Ausgangsspannung) berechnet beim Schritt S11 zur Berechnung des Spannungsbefehlswerts (ein Schritt zur Berechnung des Strombefehlswerts: S12). Beispielsweise berechnet die Steuervorrichtung 6 den Befehlswert I des Ausgangsstroms basierend auf der als unterbrochene Linier in 3 gbezeigten I/V-Kennlinie und der berechneten minimalen Antriebsspannung Vlim. Folglich wird der Betriebspunkt Plim (I, Vlim) während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung bestimmt.
  • Es ist anzumerken, daß, wenn der beim Schritt S11 zur Berechnung des Spannungsbefehlswerts berechnete Wert der minimalen Betriebsspannung übermäßig klein ist, angenommen wird, daß der beim Schritt S12 zur Berechnung des Strombefehlswerts berechnete Strombefehlswert übermäßig groß ist. Deshalb stellt die Steuervorrichtung 6 einen oberen Grenzwert (Ilim) für den Befehlswert des Ausgangsstroms ein und verschiebt automatisch den Betriebspunkt während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung auf den den oberen Grenzwert (Ilim) des Befehlswerts des Ausgangsstroms einschließenden Betriebspunkt, wenn der berechnete Befehlswert des Ausgangsstroms diesen oberen Grenzwert (Ilim) überschreitet. Der Befehlswert (V) der Ausgangsspannung des verschobenen Betriebspunkts ist ein Wert (ein Wert größer als die minimale Betriebsspannung), der auf der Basis der I/V-Kennlinie entsprechend der beim Schritt S10 zur Berechnung der geforderten Ausgangsleistung berechneten geforderten Ausgangsleistung und dem oberen Grenzwert (Ilim) des Befehlswert des Ausgangsstroms.
  • Nach der Feststellung des Befehlswerts des Ausgangsstroms durch diesen Schritt S12 zur Berechnung des Strombefehlswerts bestimmt die Steuervorrichtung 6 ein stöchiometrisches Luftverhältnis auf der Basis des ermittelten Befehlswerts des Ausgangsstroms (ein Schritt zur Festlegung des stöchiometrischen Luftverhältnisses: S13). Dabei ist das stöchiometrische Luftverhältnis ein übermäßiges Verhältnis der aktuellen Luftzufuhrmenge in Bezug auf die zur Erzeugung des Ausgangsstroms erforderliche theoretische Luftversorgungsmenge. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das stöchiometrische Luftverhältnis bestimmt auf der Basis einer speziellen Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem Befehlswert des Ausgangsstroms und dem stöchiometrischen Luftverhältnis anzeigt.
  • Anschließend berechnet die Steuervorrichtung 6 den Durchfluß (einen erforderlichen Luftdurchfluß) des der Brennstoffzelle 2 zuzuführenden Oxidationsgases auf der Basis des beim Schritt S13 zur Festlegung des stöchiometrischen Luftverhältnisses bestimmten stöchiometrischen Luftverhältnisses (ein Schritt zur Berechnung des Luftdurchflusses: S14). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das stöchiometrische Luftverhältnis in eine Formel zur Berechnung des erforderlichen Luftdurchflusses eingesetzt. Dann vergleicht die Steuervorrichtung 6 den beim Schritt S12 zur Berechnung des Strombefehlswerts berechneten Befehlswert des Ausgangsstroms mit dem vom Stromsensor 2a ermittelten Ausgangsstromwert (ein aktuell gemessener Stromwert), um eine Differenz zu berechnen, und korrigiert den erforderlichen Luftdurchfluß auf der Basis der berechneten Differenz (ein Schritt zur Korrektur des Luftdurchflusses; S15).
  • Anschließend berechnet die Steuervorrichtung 6 die Drehzahl des Luftkompressors 31 auf der Basis des beim Schritt S15 zur Korrektur des Luftdurchflusses korrigierten, erforderlichen Luftdurchflusses, treibt den Motor M2 des Luftkompressors 31 an und steuert ihn unter Verwendung dieser Drehzahl als Befehlsdrehzahl, um den Strom der Brennstoffzelle 2 zu steuern, und führt eine Spannungssteuerung durch, um die durch den Spannungssensor 2b festgestellte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 durch den Einsatz des Hochspannungs-Gleichspannungswandlers 51 nahe an den Befehlswert der Ausgangsspannung heranzubringen (ein Schritt zur Spannungssteuerung: S16).
  • Danach beurteilt die Steuervorrichtung 6 auf der Basis des vom Temperatursensor 2c zugeführten Sensorsignals, ob die festgestellte Temperatur der Brennstoffzelle 2 die Bezugstemperatur überschreitet oder nicht, das heißt, ob die Aufheizung beendet werden kann oder nicht (ein Schritt zur Beurteilung der Aufheizung: S17). Falls die Steuervorrichtung 6 urteilt, daß die Temperatur der Brennstoffzelle 2 die Bezugstemperatur nicht überschreitet und die Aufheizung fortzusetzen ist, kehrt die Vorrichtung zum Schritt S10 zur Berechnung der geforderten Ausgangsleistung zurück, worauf die obige Folge von Verfahrensschritten wiederholt durchgeführt wird. Falls andererseits die Steuervorrichtung 6 urteilt, daß die Temperatur der Brennstoffzelle 2 die Bezugstemperatur überschreitet, stellt die Vorrichtung fest, daß die Aufheizung nicht mehr erforderlich ist und beendet damit die oben geschilderte Verfahrensweise.
  • Beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der obigen Ausführungsform kann die Aktion mit geringer Auslastung (die zweite Aktion mit geringer Auslastung) realisiert werden, um die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf einen Wert einzustellen, der nicht kleiner ist als die minimale Antriebsspannung (Vlim) des Fahrmotors M3 (die Lastleistungsquelle). Deshalb kann der Fahrmotor M3 selbst während der Aufheizung durch die Aktion mit geringer Auslastung sicher angetrieben werden. Folglich kann sowohl die Aufheizung als auch die Fahrt des Fahrzeugs realisiert werden.
  • Überdies kann beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der obigen Ausführungsform die maximale Temperatursteigerungswirkung bei der zweiten Aktion mit geringer Auslastung erhalten werden, während die Leistung für den Betrieb des Fahrmotors M3 gesichert ist, weil die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung auf die minimale Antriebsspannung (Vlim) des Fahrmotors M3 eingestellt werden kann.
  • Des weiteren kann beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der obigen Ausführungsform die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 konstant gehalten werden, selbst wenn die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 2 entsprechend der Änderung der Ausgangsanforderung vom Fahrmotor M3 während der zweite Aktion mit geringer Auslastung geändert wird. Deshalb kann die Verursachung einer Ladung/Entladung aufgrund der Änderung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unterbunden werden, wodurch die Präzision der Steuerung der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 2 verbessert werden kann. Überdies kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf der minimalen Antriebsspannung (Vlim), wie sie ist, gehalten werden, selbst wenn sich die Ausgangsanforderung vom Fahrmotor M3 ändert, so daß die maximale Temperaturerhöhungswirkung durch die zweite Aktion mit geringer Auslastung konstant erhalten werden kann.
  • Zusätzlich kann beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der obigen Ausführungsform die Aktion mit niedriger Auslastung (die erste Aktion mit geringer Auslastung) zur Einstellung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf einen geringeren Wert als die minimale Antriebsspannung (Vlim) des Fahrmotors M3 realisiert werden, wenn es keinerlei Ausgangsanforderung vom Fahrmotor 3 gibt. Deshalb kann die Aufheizung durch wirksame Nutzung der für den Antrieb des Motors benutzten Kraftenergie als thermische Energie wirkungsvoll ausgeführt werden und die Zeit für die Temperaturerhöhung kann verkürzt werden.
  • Überdies kann beim Brennstoffzellensystem 1 gemäß der obigen Ausführungsform die Antriebssteuerung des Fahrmotors M3 fortgesetzt werden, selbst wenn die Betriebsweise des Fahrmotors M3 Parken (P) oder Neutral (N) ist, wenn die gegenelektromotorische Spannung des Fahrmotors M3 größer ist als die vorgegebene Bezugsspannung (z. B. die Systemspannung während der zweiten Aktion mit geringer Auslastung). Folglich kann die Beschädigung des Antriebsumrichters 53 aufgrund der gegenelektromotorischen Spannung des Fahrmotors M3 oder dergleichen unterdrückt werden.
  • Es ist anzumerken, daß bei der obigen Ausführungsform eine Aktion mit geringer Auslastung beschrieben wurde, die es der Brennstoffzelle 2 erlaubt, die Elektrizität in einem Zustand zu erzeugen, in welchem das einer Kathode zuzuführende Oxidationsgas abnimmt, doch statt dieser Aktion (oder zusätzlich zu dieser Aktion) kann eine Aktion mit niedriger Auslastung angewandt werden, die es der Brennstoffzelle 2 ermöglicht, die Elektrizität in einem Zustand zu erzeugen, in welchem das einer Anode zuzuführende Brenngas abnimmt.
  • Überdies wurde bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei welchem die Aktion mit geringer Auslastung für den Zweck der Aufheizung durchgeführt wird, wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 2 absinkt, jedoch kann die Aktion mit niedriger Auslastung auch in einem Falle durchgeführt werden, in dem die katalytische Aktivität der Brennstoffzelle 2 wiederhergestellt wird oder festgestellt wird, daß der Elektrodenkatalysator der Brennstoffzelle 2 vergiftet ist.
  • Weiterhin wird bei der obigen Ausführungsform durch Verwendung des an der Brennstoffzelle 2 angebrachten Temperatursensors 2c die Temperatur der Brennstoffzelle 2 festgestellt, um zu beurteilen, ob die Aufheizung erforderlich ist oder nicht, aber es kann auch dadurch beurteilt werden, ob die Aufheizung erforderlich ist oder nicht, daß die Lufttemperatur auf der Außenseite oder eine Bauteiltemperatur in der Umgebung der Brennstoffzelle statt der Temperatur der Brennstoffzelle 2 festgestellt wird.
  • Zusätzlich wurde bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem der Motor zum Antrieb des Fahrzeugs (der Fahrmotor M3) als die Lastleistungsquelle eingesetzt wird, jedoch ist die Lastleistungsquelle nicht auf dieses Beispiel beschränkt und es kann jede Art von Leistungsquelle zur Aufnahme der von der Brennstoffzelle zugeführten Elektrizität eingesetzt werden um zu agieren und die Leistung zu erzeugen.
  • Außerdem wird bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem der vom Schalthebel oder dergleichen gebildete Bedienungsabschnitt 8 als Auswahlmittel benutzt wird, jedoch ist das Auswahlmittel nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Des weiteren wurde bei der obigen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem, wenn die vom Bedienungsabschnitt 8 gewählte Betriebsweise P oder N ist, beurteilt wird, daß keine Leistungsausgabeforderung vom Motor besteht, um die erste Aktion mit geringer Auslastung zu realisieren, während, wenn die vom Bedienungsabschnitt 8 gewählte Betriebsweise R, D oder B ist, beurteilt wird, daß eine Ausgabeforderung vom Motor besteht, um die zweite Aktion mit geringer Auslastung zu realisieren, jedoch ist ein Verfahren zur Beurteilung der Leistungsausgabeanforderung vom Motor nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
  • Gewerbliche Verwendbarkeit
  • Wie bei der obigen Ausführungsform kann ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegende Erfindung auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert werden, aber auch auf jeder anderen Bauart eines beweglichen Körpers (einem Roboter, einem Schiff, einem Flugzeug oder dergleichen). Überdies kann das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegende Erfindung bei einem stationären Leistungserzeugungssystem angewandt werden, das als eine Leistungserzeugungseinrichtung für ein Bauwerk (eine Behausung, ein Gebäude oder dergleichen) benützt wird.
  • Zusammenfassung
  • Brennstoffzellensystem und sein Betriebsverfahren
  • Ein Brennstoffzellensystem schließt ein: eine Elektrizität erzeugende Brennstoffzelle und Steuermittel, die eine Ausgangsleistung von der Brennstoffzelle einer vorgegebenen Lastleistungsquelle zuführen, während eine Aktion mit geringer Auslastung der Brennstoffzelle realisiert wird, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird. Das Steuermittel stellt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert ein, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2006-73501 [0003]

Claims (7)

  1. Brennstoffzellensystem umfassend: eine Elektrizität erzeugende Brennstoffzelle und Steuermittel zur Zuführung einer Ausgangsleistung zu einer vorgegebenen Lastleistungsquelle während eine Aktion der Brennstoffzelle mit geringer Auslastung realisiert wird, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird, wobei das Steuermittel die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert einstellt, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem das Steuermittel die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle einstellt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, bei welchem das Steuermittel die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle ansprechend auf eine Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle steuert und die Ausgangsleistung ändert, während eine konstante Ausgangsspannung aufrechterhalten wird, falls sich die Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle ändert.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das Steuermittel die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Wert einstellt, der geringer ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle zur Realisierung der Aktion mit geringer Auslastung in einem Falle, in dem beurteilt wird, daß keine Ausgabeanforderung von der Lastleistungsquelle besteht.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, bei welchem die Lastleistungsquelle ein Motor zum Antrieb eines Fahrzeugs ist und bei welchem das System ein Auswahlmittel zur Auswahl einer Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs einschließt, und wobei das Steuermittel beurteilt, daß keine Ausgabeanforderung vom Antriebsmotor des Fahrzeugs vorliegt, wenn die durch das Auswahlmittel gewählte Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs eine neutrale Betriebsweise oder eine dem Parken zugeordnete Betriebsweise ist.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, bei welchem das Steuermittel den Betrieb und die Steuerung des Antriebsmotors des Fahrzeugs fortsetzt, wenn die durch das Auswahlmittel gewählte Betriebsweise des Antriebsmotors des Fahrzeugs eine neutrale Betriebsweise oder eine dem Parken zugeordnete Betriebsweise ist und die gegenelektromotorische Spannung des Antriebsmotors des Fahrzeugs größer ist als eine vorgegebene Bezugsspannung.
  7. Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems einschließlich einer Elektrizität erzeugenden Brennstoffzelle, wobei das Verfahren umfaßt: einen Schritt zur Zuleitung einer Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zu einer vorgegebenen Lastleistungsquelle während der Realisierung einer Aktion mit geringer Auslastung der Brennstoffzelle, wodurch die Lastleistungsquelle betrieben und gesteuert wird, wobei der Schritt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle während der Aktion mit geringer Auslastung auf einen Wert einstellt, der nicht kleiner ist als die minimale Betriebsspannung der Lastleistungsquelle.
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