[go: up one dir, main page]

DE112008000334B4 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE112008000334B4
DE112008000334B4 DE112008000334.3T DE112008000334T DE112008000334B4 DE 112008000334 B4 DE112008000334 B4 DE 112008000334B4 DE 112008000334 T DE112008000334 T DE 112008000334T DE 112008000334 B4 DE112008000334 B4 DE 112008000334B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
gas
catalyst activation
cell stack
activation process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112008000334.3T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112008000334T5 (de
Inventor
Kenji Umayahara
Tadaichi Matsumoto
Fusaki Igarashi
Michio Yoshida
Kota Manabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE112008000334T5 publication Critical patent/DE112008000334T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112008000334B4 publication Critical patent/DE112008000334B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/16—Dynamic electric regenerative braking for vehicles comprising converters between the power source and the motor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/28—Structural combinations of electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices with other electric components not covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

Brennstoffzellensystem (10) umfassend:eine Brennstoffzelle, die ein zugeführtes Brenngas und Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält;eine Steuervorrichtung (60), die die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle stoppt und die Ausgangspannung der Brennstoffzelle verringert, um einen Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, wenn ein angeforderter Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist; undeine Akkumulatorvorrichtung (52),wobei die Steuervorrichtung (60) den Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert, wenn der in die Akkumulatorvorrichtung (52) zu ladende Strom ein vorherbestimmter Wert oder weniger ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das eine Katalysator-Aktivierungsfunktion aufweist.
  • Stand der Technik
  • Ein Brennstoffzellenstapel ist ein Stromerzeugungssystem, welches einen Kraftstoff durch einen elektrochemischen Vorgang oxidiert, um durch die Oxidationsreaktion freigesetzte Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Membran-Elektroden-Einheit auf, in der beide seitlichen Oberflächen eines Polymerelektrolytfilms zum selektiven Transport von Wasserstoffionen von einem Paar aus einem porösen Material gebildeten Elektroden umgeben sind. Jede des Paares der Elektroden weist eine Katalysatorschicht auf, die als Hauptbestandteil, ein Kohlenstoffpulver aufweist, das einen Metallkatalysator auf Platinbasis trägt, und das in Kontakt mit dem Polymerelektrolytfilm kommt, und eine auf der Oberfläche der Katalysatorschicht gebildete Gasdiffusionsschicht, die sowohl Luftdurchlässigkeit als auch Elektronenleitfähigkeit aufweist.
  • In diesem Typ eines Brennstoffzellensystems werden, wenn der Zellbetrieb in einem Betriebsbereich fortgesetzt wird, in dem die Zellspannung dem Oxidationspotential (ungefähr 0,7 V bis 1,7 V) entspricht, Hydroxide an der Oberfläche des Platinkatalysators der Katalysatorschicht adsorbiert, wodurch die Aktivierungs-Überspannung ansteigt und sich daher manchmal die Ausgangskennlinien verringern. Hinsichtlich dieser Situation beschreibt die japanische Patentanmeldung JP 2005- 346 979 A einen Vorgang des Stoppens der Luftzufuhr zu dem Brennstoffzellenstapel und ein forciertes Verringern der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels durch einen DC/DC-Wandler, um die Zellspannung auf ein Reduktionspotential (zum Beispiel 0,6 V oder weniger) zu verringern, wobei die Hydroxide von der Oberfläche des Platinkatalysators entfernt werden, um die Katalysatoraktivität wieder zu erlangen. In dem Dokument ist ebenso beschrieben, dass ein Stromüberschuss, der durch den Vorgang der Katalysatoraktivierung erzeugt wird, in eine Batterie für Hilfsmaschinen geladen wird.
  • Aus der DE 10 2005 042 772 A1 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem der Ausgang eines Brennstoffzellenstapels in einer externen Last durch einen Leistungswandler mit einer Konstantstrom-Betriebsfunktion verbraucht gehalten wird, um einen Ausgangsstrom des Brennstoffzellenstapels auf einem konstanten Wert zu halten, bis eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels einen betriebsfähigen unteren Grenzspannungswert des Leistungswandlers erreicht, nachdem die Zufuhr von Oxidationsgas zu einer Kathode gestoppt wurde, während die Zufuhr von Wasserstoffgas zu einer Anode aufrechterhalten wird. Wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels unter den unteren Grenzwert der Betriebsspannung fällt, wird der Ausgang des Brennstoffzellenstapels mit einem Kurzschlusswiderstand verbunden. Danach wird der Reformer abgeschaltet, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels annähernd Null erreicht. Zum Stand der Technik in Bezug auf Brennstoffzellensysteme wird zudem auf die DE 102 02 875 A1 , die US 2004 / 0 219 399 A1 , die JP 2005 - 257 340 A , die JP 2006-294 255 A sowie die JP 2006-294 447 A verwiesen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einem Brennstoffzellenfahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem als im Fahrzeug eingebaute Stromquelle verwendet wird, verringert sich, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels forciert während des Strombetriebs verringert wird, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, die Zellspannung vorübergehend. Daher kann die Leistung, die während einer Anforderung für eine hohe Last der Rückmeldung des Gaspedals folgt, manchmal nicht erhalten werden und das Fahrverhalten (Manövrierverhalten) verringert sich manchmal erheblich.
  • Darüber hinaus wird in dem Fall, in dem die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels forciert verringert wird, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, während die Zufuhr des Reaktantengases zu dem Brennstoffzellenstapel fortgesetzt wird manchmal, ein übermäßiger Überschussstrom während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erzeugt, der nicht vollständig in die Akkumulatorvorrichtung geladen werden kann. Um den Schaden an der Akkumulatorvorrichtung aufgrund der Überlast zu unterdrücken, ist der während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erzeugte Überschussstrom bevorzugt so gering wie möglich.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, das geeignet ist, den Vorgang der Katalysatoraktivierung einer Brennstoffzelle so durchzuführen, dass das Fahrverhalten nicht verschlechtert wird und dass der während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erzeugte Überschussstrom minimiert wird. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 bis 3, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Um diesen Gegenstand zu erreichen, umfasst das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem allgemein Folgendes: eine Brennstoffzelle, die ein zugeführtes Brenngas und Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält; und eine Steuervorrichtung, die die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle stoppt und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle verringert, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, wenn ein angeforderter Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist.
  • Wenn der angeforderte Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein Schwellenwert ist, wird die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle gestoppt, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, so dass das Fahrverhalten nicht verschlechtert wird und dass ein während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erzeugter Überschussstrom minimiert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst in der Ausgestaltung nach Anspruch 1 ferner: eine Akkumulatorvorrichtung, wobei die Steuervorrichtung den Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert, wenn der der Akkumulatorvorrichtung zuzuführende Strom ein vorherbestimmter Wert oder weniger ist.
  • Wenn der durch den Vorgang der Katalysatoraktivierung erzeugte Überschussstrom nicht in die Akkumulatorvorrichtung geladen werden kann, kann der Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert werden, um einen Schaden an der Akkumulatorvorrichtung zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst in der Ausgestaltung nach Anspruch 2 ferner: eine Vielzahl von Sperrventilen, die in dem Rohrleitungssystem angeordnet sind, welches der Brennstoffzelle das Brenngas zuführt. Die Steuervorrichtung schließt die Vielzahl der Sperrventile, um einen geschlossenen Raum in dem Rohrleitungssystem zu bilden und erfasst eine Gasdruckfluktuation in dem geschlossenen Raum, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung zu verhindern, während ein Gasaustritt erfasst wird.
  • Der Vorgang der Katalysatoraktivierung während der Erfassung des Gasaustritts kann verhindert werden, um eine Verschlechterung der Genauigkeit der Erfassung des Gasaustritts zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst in der Ausgestaltung nach Anspruch 3 ferner einen DC/DC-Wandler, der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert und einen Kondensator, in den der durch die Brennstoffzelle erzeugte Strom geladen wird. Wenn der angeforderte Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist, verbindet die Steuervorrichtung einen Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle mit dem DC/DC-Wandler und steuert die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch den DC/DC-Wandler, wohingegen die Steuervorrichtung, wenn der angeforderte Strom für die Brennstoffzelle ein vorherbestimmter Wert oder mehr ist, den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle mit dem Kondensator verbindet, um den durch die Brennstoffzelle erzeugten Strom in den Kondensator zu laden.
  • In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem verhindert die Steuervorrichtung den Vorgang der Katalysatoraktivierung, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem als in dem Fahrzeug eingebaute Stromquelle verwendet wird, ein vorherbestimmter Wert oder mehr ist.
  • Wenn das Fahrzeug den Laufstatus aufweist, kann der Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert werden, um eine Verschlechterung des Fahrverhaltens, die durch Verringern der Zellspannung hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
  • In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem führt die Steuervorrichtung den Vorgang der Katalysatoraktivierung durch, wenn sich die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle verringert.
  • Der Vorgang der Katalysatoraktivierung wird durchgeführt, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung benötigt wird. In Folge dessen kann die Anzahl der Zeiten der Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung minimiert werden und es ist möglich, eine Verschlechterung der Beständigkeit der Brennstoffzelle aufgrund des wiederholten Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zu vermeiden.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 ist ein Diagramm des Systemaufbaus der Brennstoffzelle gemäß Ausführungsform 1;
    • 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Zelle, die den Brennstoffzellenstapel bildet;
    • 3 ist ein Ablaufdiagramm der Betriebssteuerung des Brennstoffzellensystems;
    • 4 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Überblick über die Ausführungsbedingungen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt;
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Veränderung der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt;
    • 6 ist eine erläuternde Ansicht, die Details der Ausführungsbedingungen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt;
    • 7 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Zellspannung und der Menge einer zu adsorbierenden oxidierten Membran zeigt;
    • 8 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei der die Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet,
    • 9 ist ein Flussdiagramm, das einen ersten Ablauf des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei der eine vorherbestimmte Zeit seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist;
    • 10 ist ein Flussdiagramm, das einen zweiten Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei der eine vorherbestimmte Zeit seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist;
    • 11 ist eine erläuternde Ansicht, die die Verschlechterung der I-U-Kennlinien des Brennstoffzellenstapels zeigt, die durch die Adsorption der oxidierten Membran durch den Platinkatalysator hervorgerufen wird;
    • 12 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei die Abnahmemenge der Ausgangskennlinien des Brennstoffzellenstapels einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet;
    • 13 ist eine erläuternde Ansicht, die die Überspannung eines Brennstoffzellenstapels zeigt;
    • 14 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei der die Aktivierungs-Überspannung des Brennstoffzellenstapels einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet;
    • 15 ist ein Diagramm des Systemaufbaus des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform 2; und
    • 16 ist ein Diagramm des Systemaufbaus des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform 3.
  • Beste Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Dieselbe Vorrichtung ist mit demselben Bezugszeichen bezeichnet und eine überflüssige Beschreibung wird weggelassen.
  • (Ausführungsform 1)
  • 1 zeigt den Systemaufbau eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß Ausführungsform 1.
  • Das Brennstoffzellensystem 10 wirkt als in einem Fahrzeug eingebautes Stromquellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist und schließt einen Brennstoffzellenstapel 20 ein, welcher ein zugeführtes Reaktantengas (ein Brenngas, ein Oxidationsgas) erhält, um Strom zu erzeugen; ein Oxidationsgaszuführsystem30, zum Zuführen von Luft als Oxidationsgas zu dem Brennstoffzellenstapel 20; ein Brenngaszuführsystem40, zum Zuführen des Wasserstoffgases als Brenngas zu dem Brennstoffzellenstapel 20; ein Stromversorgungssystem 50 zum Steuern des Ladens/Entladens von Strom; und eine Steuervorrichtung 60, die im Allgemeinen das ganze System steuert.
  • Der Brennstoffzellenstapel ist ein Zellstapel vom Typ des Festpolymerelektrolyts, in dem eine große Anzahl von Zellen in Reihe gestapelt sind. In dem Brennstoffzellenstapel 20 tritt die Oxidationsreaktion der Formel (1) an dem Anodenpol auf, und die Reduktionsreaktion der Formel (2) tritt am Kathodenpol auf. In dem gesamten Brennstoffzellenstapel 20 tritt eine elektromotorische Reaktion der Formel (3) auf. H2 → 2H++2e- (1) (1/2)O2+2H++2e- → H2O (2) H2+(1/2)O2 → H2O (3)
  • An dem Brennstoffzellenstapel 20 sind ein Spannungssensor 71 zum Erfassen der Ausgangsspannung (die FC-Spannung) des Brennstoffzellenstapels 20 und ein Stromsensor 72 zum Erfassen des Ausgangsstroms (der FC-Strom) angebracht.
  • Das Oxidationsgaszuführsystem30 weist einen Oxidationsgaskanal 33 auf, durch den das dem Kathodenpol des Brennstoffzellenstapels 20 zuzuführende Oxidationsgas strömt und einen Oxidationsabgaskanal 34, durch den das aus dem Brennstoffzellenstapel 20 freigesetzte Oxidationsabgas strömt. Der Oxidationsgaskanal 33 wird mit einem Luftkompressor 32 bereitgestellt, der das Oxidationsgas aus der Atmosphäre durch einen Filter 31 entnimmt, einem Befeuchter 35, der das durch den Luftkompressor 32 zu komprimierende Oxidationsgas befeuchtet, und einem Sperrventil A1, das die Zufuhr des Oxidationsgases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 sperrt. Der Oxidationsabgaskanal 34 wird mit einem Sperrventil A2 bereitgestellt, welcher das Abführen des Oxidationsabgases aus dem Brennstoffzellenstapel 20 sperrt, einem Gegendruckregelventil A3, welches den Oxidationsgas-Zuführdruck reguliert und einen Befeuchter 15, der einen Austausch des Wassergehalts zwischen dem Oxidationsgas (ein trockenes Gas) und dem Oxidationsabgas (einem nassen Gas) durchführt.
  • Das Brenngaszuführsystem40 weist eine Brenngaszuführquelle 41 auf; einen Brenngaskanal 43, durch den das von der Brenngaszuführquelle 41 zuzuführende Brenngas zu dem Anodenpol des Brennstoffzellenstapels 20 strömt; einen Umlaufkanal 44, um das aus dem Brennstoffzellenstapel 20 abgeleitete Brennabgas dem Brenngaskanal 43 wieder zuzuführen; eine Umlaufpumpe 45, die dem Brenngaskanal 43 das Brennabgas unter Druck in dem Umlaufkanal 44 zuführt; und einen Gas-/Wasserabführkanal 46, der von dem Umlaufkanal 44 abzweigt und mit diesem verbunden ist.
  • Die Brenngaszuführquelle 41 besteht zum Beispiel aus einem Hochdruckwasserstofftank, einer Wasserstoff-Einschlusslegierung oder dergleichen und nimmt Wasserstoffgas mit einem hohen Druck (zum Beispiel 35 MPa bis 70 MPa) auf. Wenn das Sperrventil H1 geöffnet wird, strömt Brenngas von der Brenngaszuführquelle 41 in den Brenngaskanal 43. Der Druck des Brenngases wird durch den Regulator H2 und die Einspritzdüse 42 zum Beispiel auf ungefähr 200 KPa verringert, um das Gas dem Brennstoffzellenstapel 20 zuzuführen.
  • Es ist anzumerken, dass die Brenngaszuführquelle 41 aus einem Reformer bestehen kann, welcher wasserstoffweiches reformiertes Gas aus einem Kraftstoff aus Kohlenwasserstoff bildet, und einen Hochdruckgastank, welcher das durch diesen Reformer gebildete reformierte Gas in einen Zustand des hohen Drucks bringt, um Druck aufzubauen.
  • Der Brenngaskanal 43 wird mit dem Sperrventil H1 bereitgestellt, um die Zufuhr des Brenngases aus der Brenngaszuführquelle 41 zu sperren oder zuzulassen, dem Regulator H2, der den Druck des Brenngases reguliert, der Einspritzdüse 42, die die Menge des dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Brenngases steuert, dem Sperrventil H3, zum Sperren der Zufuhr des Brenngases zu dem Brennstoffzellenstapel und einem Drucksensor 74.
  • Der Regulator H2 ist eine Vorrichtung, die den stromaufwärtigen Druck (den Primärdruck) des Regulators zu einem festgesetzten Sekundärdruck reguliert und besteht zum Beispiel aus einem mechanischen Druckreduzierventil oder dergleichen, welches den Primärdruck verringert. Das mechanische Druckreduzierventil besitzt ein Gehäuse, das mit einer Gegendruckkammer bereitgestellt wird und einer Druckausgleichskammer, die mittels eines Diaphragmas gebildet wird, und weist einen Aufbau auf, in dem der Primärdruck durch den Gegendruck der Gegendruckkammer auf einen vorherbestimmten Druck verringert wird, um den Sekundärdruck in der Druckausgleichskammer auszubilden. Der Regulator H2 kann auf der stromaufwärtigen Seite der Einspritzdüse 42 angeordnet werden, um den stromaufwärtigen Druck der Einspritzdüse 42 wirksam zu verringern. Daher ist ein Freiheitsgrad in der Gestaltung der Struktur des Mechanismus (der Ventilkörper, das Gehäuse, der Kanal, die Antriebsvorrichtung, etc.) der Einspritzdüse 42. Darüber hinaus ist es, da der stromaufwärtige Druck der Einspritzdüse 42 verringert werden kann, möglich, den Nachteil zu unterdrücken, dass sich der Ventilkörper der Einspritzdüse 42 aufgrund des Anstiegs der Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck der Einspritzdüse 42 nicht leicht bewegt. Daher kann der veränderbare Druckausgleichsbereich des stromabwärtigen Drucks der Einspritzdüse 42 erhöht werden und eine Verschlechterung des Ansprechens der Einspritzdüse 42 kann unterdrückt werden.
  • Die Einspritzdüse 42 ist ein elektromagnetisches Öffnen/Schließen-Antriebsventil, in dem der Ventilkörper direkt mit einer elektromagnetischen Antriebskraft für eine vorherbestimmte Antriebsdauer angetrieben wird und von dem Ventilsitz gelöst wird, wodurch die Gasströmungsrate oder der Gasdruck reguliert werden kann. Die Einspritzdüse 42 schließt einen Ventilsitz ein, der Düsenöffnungen aufweist, die einen gasförmigen Brennstoff, sowie das Brenngas, ausstoßen und schließt ebenso einen Düsenkörper ein, der das Heizgas den Düsenöffnungen zuführt und zuleitet, und wobei der Ventilkörper beweglich in der axialen Richtung (die Gasströmrichtung) bezüglich dieses Düsenkörpers aufgenommen und gehalten wird, um die Düsenöffnungen zu öffnen oder zu schließen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ventilkörper der Einspritzdüse 42 durch einen Elektromagneten als elektromagnetische Antriebsvorrichtung angetrieben und ein pulsähnlicher Reizstrom, der an diesen Elektrodenmagnet angelegt wird, kann an-/ausgeschaltet werden, um den Öffnungsbereich eines jeden Düsenlochs in zwei Stufen umzuschalten. Die Gasausströmzeit und der Gasausströmzeitpunkt der Einspritzdüse 42 werden durch die Ausgabe eines Steuersignals von der Steuervorrichtung 60 gesteuert, um die Strömungsrate und den Druck des Brenngases genau zu steuern. Die Einspritzdüse 42 treibt das Ventil mit der elektromagnetischen Antriebskraft direkt an und öffnet/schließt dieses (der Ventilkörper und der Ventilsitz), wobei die Antriebsdauer zu einem Bereich mit hohem Ansprechverhalten gesteuert werden kann und daher weist die Einspritzdüse ein hohes Ansprechverhalten auf. Um das Gas der stromabwärtigen Seite der Einspritzdüse mit einer erforderten Flussrate zuzuführen, wechselt die Einspritzdüse wenigstens einen Öffnungsbereich (den Öffnungsgrad) und die Öffnungszeit des Ventilkörpers, der in dem Gaskanal der Einspritzdüse 42 bereitgestellt ist, um die Strömungsrate (oder die molare Konzentration des Wasserstoffs) des zu der stromabwärtigen Seite zuzuführenden Gases zu regulieren.
  • Der Umlaufkanal 44 ist mit dem Sperrventil H4 zum Sperren des Ausstroms des Brennabgases aus dem Brennstoffzellenstapel 20 verbunden und der Gas-/Wasser-Ausstromkanal 46 zweigt von dem Umlaufkanal 44 ab. Der Gas-/Wasser-Ausstromkanal 46 wird mit dem Gas-/Wasser-Ausstromventil H5 bereitgestellt. Das Gas-/Wasser-Ausstromventil H5 arbeitet in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl der Steuervorrichtung 60, um das Brennabgas, das Verunreinigungen in dem Umlaufkanal 44 und dem Wassergehalt einschließt nach Außen abzuführen. Wenn sich das Gas-/Wasser-Ausstromventil H5 öffnet, sinkt die Konzentration der Verunreinigungen in dem Brennabgas in dem Umlaufkanal 44 und die Konzentration an Wasserstoff in dem Brennabgas, das durch das Umlaufsystem zirkuliert wird, kann erhöht werden.
  • Das durch das Gas-/Wasser-Ausstromventil H5 abgeführtes Brennabgas wird mit dem durch den Oxidationsabgaskanal 34 strömenden Oxidationsabgas gemischt und durch einen Verdünner (nicht gezeigt) verdünnt. Die Umlaufpumpe 45 wird durch einen Motor angetrieben, um das Brennabgas des Umlaufsystems dem Brennstoffzellenstapel 20 zuzuführen und es zu zirkulieren.
  • Das Stromversorgungssystem 50 schließt einen DC/DC-Wandler 51, eine Batterie 52, einen Antriebsumrichter 53, einen Traktionsmotor 54 und Hilfsmaschinen 55 ein. Der DC/DC-Wandler 51 besitzt die Funktion, einen Gleichstrom, der von der Batterie 52 zugeführt wird, anzuheben, um dem Antriebsumrichters 53 Spannung auszugeben und hat die Funktion, den von den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugten Gleichstrom oder einen generatorischen Strom, der von dem Traktionsmotor 54 durch Rückarbeitsbremsung gesammelt wurde, zu verringern, um die Batterie 52 zu laden. Das Laden/Entladen der Batterie 52 wird durch diese Funktionen für den DC/DC-Wandler 51 gesteuert. Darüber hinaus wird der Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellenstapels 20 durch die Spannungs-Umwandlungssteuerung für den DC/DC-Wandler 51 gesteuert.
  • Die Batterie 52 wirkt als Speicherquelle für den Überschussstrom, als generative Energiespeicherquelle während der Rückarbeitsbremsung oder als Energiepuffer während einer Lastfluktuation, die eine Beschleunigung oder Abbremsung des Brennstoffzellenfahrzeugs begleitet. Als Batterie 52 ist zum Beispiel eine Nickel/Cadmium-Akkumulatorbatterie, eine Nickel/Wasserstoff-Akkumulatorbatterie oder eine sekundäre Batterie, wie eine sekundäre Lithium-Batterie, bevorzugt. An der Batterie 52 ist ein SOC-Sensor zum Erfassen des Ladezustands (SOC) angebracht.
  • Der Antriebsumrichter 53 ist zum Beispiel ein PWM-Umrichter, der von einem Pulsdauer-Modulationssystem angetrieben wird und wandelt den Gleichspannungsausgang des Brennstoffzellenstapels 20 oder der Batterie 52 in eine Drei-Phasen-Wechselspannung in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl von der Steuervorrichtung 60 um, um das Drehmoment des Traktionsmotors 54 zu steuern. Der Traktionsmotor 54 ist zum Beispiel ein Drei-Phasen-Wechselstrommotor und bildet die Stromquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs.
  • Die Hilfsmaschinen 55 schließen allgemein Motoren ein, die in Einheiten des Brennstoffzellensystems angeordnet sind (zum Beispiel Stromquellen für Pumpen, etc.), Wandler für den Antrieb dieser Motoren und verschiedene Typen einer in dem Fahrzeug eingebauten Hilfsmaschine (zum Beispiel ein Luftkompressor, eine Einspritzdüse, eine Kühlwasserumlaufpumpe, ein Kühler und dergleichen).
  • Die Steuervorrichtung 60 ist ein Computersystem, das eine CPU, ein ROM, ein RAM und ein Eingabe-/Ausgabe-Interface einschließt und der die Einheiten des Brennstoffzellensystems 10 steuert. Zum Beispiel beginnt beim Erhalt eines IG-Ausgangssignals der Inbetriebnahme von dem Zündschalter die Steuervorrichtung 60 den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10, um den angeforderten Strom des ganzen Systems, basierend auf dem ACC-Signalausgang des Öffnungsgrades des Gaspedals von dem Gaspedalsensor, dem VC-Signalausgang der Fahrzeuggeschwindigkeit von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und dergleichen, zu erhalten. Der angeforderte Strom des gesamten Systems ist der Gesamtwert des Stroms des Fahrzeugbetriebs und des Stroms der Hilfsmaschine.
  • Hier schließt der Strom der Hilfsmaschine einen Strom ein, der von einer in dem Fahrzeug eingebauten Hilfsmaschine verbraucht wird (der Befeuchter, der Luftkompressor, die Wasserstoffpumpe, die Kühlwasserumlaufpumpe oder dergleichen) einen Strom, der von einer Vorrichtung verbraucht wird (eine Gangschaltung, eine Reifensteuervorrichtung, eine Lenkvorrichtung, eine Einhängevorrichtung), die für den Betrieb des Fahrzeugs nötig ist, einen Strom, der von einer Vorrichtung verbraucht wird, die im Passagierraum angeordnet ist (eine Klimaanlage, ein Beleuchtungskörper, eine Audiovorrichtung oder dergleichen) und dergleichen
  • Darüber hinaus bestimmt die Steuervorrichtung 60 die THE-Verteilung der Ausgangsströme des Brennstoffzellenstapels 20 und der Batterie 52, steuert das Oxidationsgaszuführsystem30 und das Brenngaszuführsystem40, so dass die Menge des Stroms, der durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt werden soll, mit einem Zielstrom übereinstimmt. Darüber hinaus steuert die Steuervorrichtung den DC/DC-Wandler 51, um die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu regulieren, wodurch der Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellenstapels 20 gesteuert wird. Außerdem gibt, um ein Soll-Drehmoment zu erhalten, das dem Öffnungsgrad des Gaspedals entspricht, die Steuervorrichtung 60 zum Beispiel U-Phasen, V-Phasen und W-Phasen Wechselspannungs-Befehlswerte als Umschaltbefehle an den Antriebsumrichter 53 aus und steuert das Antriebsdrehmoment und die Drehzahl des Traktionsmotors 54.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der Zelle 21, die den Brennstoffzellenstapel 20 bildet.
  • Die Zelle 21 besteht aus einem Polymerelektrolytfilm 22, einem Anodenpol 23, einem Kathodenpol 24 und Separatoren 26, 27. Der Anodenpol 23 und der Kathodenpol 24 sind Diffusionselektroden, die den Polymerelektrolytfilm 22 von beiden Seiten umgeben, so dass eine Sandwichstruktur gebildet wird. Die aus luftundurchlässigen leitfähigen Elementen bestehenden Separatoren 26, 27 umgeben diese Sandwichstruktur ferner von beiden Seiten, während sie die Kanäle für das Brenngas und das Oxidationsgas zwischen dem Anodenpol 23 und dem Kathodenpol 24 bilden. Der Separator 26 wird mit Rippen 26a bereitgestellt, die ausgesparte Abschnitte aufweisen. Der Anodenpol 23 grenzt an die Rippen 26a an, um die Öffnungen der Rippen 26a zu schließen, wodurch der Brenngaskanal gebildet wird. Der Separator 27 wird mit Rippen 27a bereitgestellt, die ausgesparte Abschnitte aufweisen. Der Kathodenpol 24 grenzt an die Rippen 27a an, um die Öffnungen der Rippen 27a zu schließen, wodurch der Oxidationsgaskanal gebildet wird.
  • Der Anodenpol 23 weist eine Katalysatorschicht 23a auf, die als Hauptbestandteil ein Kohlenstoffpulver einschließt, das als Hauptbestandteil einen Metallkatalysator auf Platinbasis trägt (Pt, Pt-Fe, Pt-Cr, Pt-Ni, Pt-Ru oder dergleichen), wobei die Katalysatorschicht in Kontakt mit dem Polymerelektrolytfilm 22 kommt; und eine Gasdiffusionsschicht 23b, die auf der Oberfläche der Katalysatorschicht 23a gebildet wird und sowohl Luftdurchlässigkeit als auch Elektronenleitfähigkeit aufweist. Gleichermaßen weist der Kathodenpol eine Katalysatorschicht 24a und eine Gasdiffusionsschicht 24b auf. Insbesondere ist, betreffend die Katalysatorschichten 23a, 24a, das Kohlenstoffpulver, das das Platin oder eine aus Platin bestehende Legierung und ein anderes Metall trägt, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel dispergiert und eine Elektrolytlösung wird in einer entsprechenden Menge zugegeben, festgeklebt und mittels Siebdruck auf den Polymerelektrolytfilm 22 aufgebracht. Die Gasdiffusionsschichten 23b, 24b werden aus Kohlenstoffgewebe gebildet, das mit einem Faden aus einer Kohlenstofffaser, Kohlenstoffpapier oder Kohlensstofffilz gewoben wird. Der Polymerelektrolytfilm 22 ist eine protonenleitfähige Ionenaustauschmembran, die aus einem festen Polymermaterial gebildet wird, zum Beispiel einem Harz auf Fluorbasis, und die in dem nassen Zustand eine zufriedenstellende elektrische Leitfähigkeit zeigt. Der Polymerelektrolytfilm 22, der Anodenpol 23 und der Kathodenpol 24 bilden eine Membran-Elektroden-Einheit 25.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Betriebssteuerung des Brennstoffzellensystems 10 zeigt.
  • In dem Brennstoffzellensystem 10 wird der Betriebsmodus des Brennstoffzellenstapels 20 übereinstimmend mit der Betriebslast umgeschaltet, um die Stromerzeugungseffizienz zu verbessern. Zum Beispiel stellt in einem Bereich geringer Last, der eine geringe Stromerzeugungseffizienz aufweist (ein Betriebsbereich, in dem die Anforderung für die Stromerzeugung geringer als ein vorherbestimmter Wert ist), das Brennstoffzellensystem den Bestimmungswert der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20 auf Null, um den Betrieb zu steuern, und der Strom, der für den Fahrzeuglauf erforderlich ist oder der Strom, der für den Betrieb eines Systems erforderlich ist, wird von der Batterie 52 gedeckt (nachfolgend als erster Betriebsmodus bezeichnet). Andererseits wird, in einem Bereich hoher Last, der eine hohe Stromerzeugungseffizienz aufweist (ein Betriebsbereich, in dem die Anforderung der Stromerzeugung einem vorherbestimmten Wert entspricht oder mehr), der Bestimmungswert der Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 20 basierend auf dem Öffnungsgrad des Gaspedals, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen berechnet, um den Betrieb zu steuern, und der Strom, der für den Fahrzeuglauf benötigt wird oder der Strom, der für den Systembetrieb benötigt wird, wird nur durch den Strom gedeckt, der von dem Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt wird, oder dem Strom, der von dem Brennstoffzellenstapel 20 erzeugt wird und dem Strom aus der Batterie 52 (nachfolgend als zweiter Betriebsmodus bezeichnet).
  • Das Brennstoffzellensystem überwacht eine Control Flag, die den Betriebsmodus für einen bestimmten Zeitraum anzeigt, steuert den Betrieb in dem ersten Betriebsmodus, wenn die Control Flag angeschaltet wird und steuert den Betrieb des zweiten Betriebsmodus, wenn die Control Flag ausgeschaltet wird. In einem beliebigen Betriebsmodus wird die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 während dem gewöhnlichen Betrieb im Prinzip auf einen Betriebsbereich zwischen der oberen Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 und der unteren Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 begrenzt.
  • Die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 ist bevorzugt eine Spannung, die die Bedingung eines Spannungsbereichs erfüllt, in dem der in den Katalysatorschichten 23a, 24a, des Brennstoffzellenstapels 20 eingeschlossene Platinkatalysator nicht eluiert wird. Darüber hinaus erfüllt zusätzlich zu dieser Bedingung die Spannung bevorzugt die Bedingung eines Spannungsbereichs, in dem der durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Strom durch die Hilfsmaschinen 55 verbraucht werden kann, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 20 die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 bewahrt, während die Zufuhr des Reaktantengases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 gestoppt wird. In dem Brennstoffzellenstapel 20 kann, insbesondere, wenn der Kathodenpol 24 während des Betriebs mit geringer Stromdichte oder während des Leerlaufbetriebs, bei einem hohen Potential gehalten wird, der Platinkatalysator der Katalysatorschicht 24a eluiert werden. In der vorliegenden Beschreibung wird, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung oder weniger gesteuert wird, um die Beständigkeit des Brennstoffzellenstapels 20 zu bewahren, die Steuerung als Steuerung der Vermeidung eines hohen Potentials bezeichnet. Darüber hinaus wird die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 manchmal als Spannung der Vermeidung eines hohen Potentials bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in einem beliebigen Betriebsmodus die Steuerung zur Vermeidung eines hohen Potentials im Prinzip ausgeführt. Die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 wird bevorzugt so festgelegt, dass die Spannung der Zelle zum Beispiel ungefähr 0,9 V beträgt.
  • Die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 ist bevorzugt eine Spannung, die die Bedingung eines Spannungsbereichs erfüllt, in dem die Zellspannung sich nicht auf einen Reduktionsbereich verringert. Wenn der Brennstoffzellenstapel 20 kontinuierlich in dem Oxidationsbereich betrieben wird, wird eine oxidierte Membran auf der Oberfläche des in der Katalysatorschicht 24a eingeschlossenem Platinkatalysators gebildet, wodurch sich der wirksame Bereich des Platinkatalysators verringert. Dann steigt die aktive Spannung und daher verringern sich die I-U-Kennlinien des Brennstoffzellenstapels 20. Wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung zum Reduzieren der oxidierten Membran und zum Entfernen der oxidierten Membran von dem Platinkatalysator durchgeführt wird, können die I-U-Kennlinien wieder hergestellt werden. Dennoch verringert sich, wenn die Zellspannung häufig zwischen dem Oxidationsbereich und dem Reduktionsbereich verändert wird, die Beständigkeit des Brennstoffzellenstapels 20. Darüber hinaus wird, wenn die Zellspannung auf den Reduktionsbereich verringert wird und die Zellspannung dann in Übereinstimmung mit dem Anstieg einer Lastanforderung in den Oxidationsbereich angehoben wird, der den Platinkatalysator tragende Kohlenstoff manchmal oxidiert. Wenn eine solche Situation berücksichtigt wird und die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 während des gewöhnlichen Betriebs auf die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 oder mehr gesteuert wird, kann die Verschlechterung der Beständigkeit des Brennstoffzellenstapels 20 unterdrückt werden. Die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 wird bevorzugt so festgelegt, dass die Spannung pro Zelle zum Beispiel ungefähr 0,8 V beträgt.
  • Es ist anzumerken, dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 während des gewöhnlichen Betriebs im Prinzip zwischen der oberen Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 und der unteren Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 gesteuert wird, aber wenn es für den Systembetrieb erforderlich ist, wird die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 manchmal auf die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 oder mehr oder die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 oder weniger gesteuert. Wenn die SOC der Batterie 52 zum Beispiel ein vorherbestimmter Wert oder mehr ist, wird, wenn ein Gasaustritt erfasst wird oder wenn ein generatorischer Strom durch eine Rückarbeitsbremsung oder dergleichen gesammelt wird, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf eine unbegrenzte Spannung angehoben. Darüber hinaus wird, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 oder weniger verringert.
  • Indessen setzt in dem ersten Betriebsmodus die Steuervorrichtung 70 den Bestimmungswert der Stromerzeugung auf Null, stoppt die Zufuhr von Reaktantengas zu dem Brennstoffzellenstapel 20 und setzt den Bestimmungswert der Spannung für den DC/DC-Wandler 51 auf die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 (Zeit t0 bis t4). Selbst nachdem die Zufuhr des Reaktantengases gestoppt ist, verbleibt nicht umgesetztes Reaktantengas in den Brennstoffzellenstapel 20 und daher erzeugt der Brennstoffzellenstapel 20 für eine Weile eine geringe Menge Strom.
  • Die Dauer der Zeit t0 bis t2 ist die Stromerzeugungsdauer, wenn die chemische Energie des verbleibenden Reaktantengases in elektrische Energie umgewandelt wird, um die Erzeugung der geringen Menge Strom fortzusetzen. In dieser Stromerzeugungsdauer weist das verbleibende Reaktantengas eine solche Energie auf, dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 beibehalten kann und daher bewahrt die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 fortdauernd. Der durch diese Stromerzeugungsdauer erzeugte Strom wird von den Hilfsmaschinen 55 verbraucht. Wenn der Strom nicht vollständig von den Hilfsmaschinen 55 verbraucht werden kann, wird der Strom jedoch in die Batterie 52 geladen.
  • In der Dauer der Zeit t0 bis t1 überschreitet die Stromerzeugungsenergie des Brennstoffzellenstapels 20 das Verbrauchsvermögen der Hilfsmaschinen 55 und daher wird ein Teil der Stromerzeugungsenergie in die Batterie 52 geladen. Die Stromerzeugungsenergie, die von dem Brennstoffzellenstapel 20 freigesetzt wird, verringert sich jedoch schrittweise übereinstimmend mit dem Verbrauch des verbleibenden Reaktantengases. Daher wird zur Zeit t1 die von dem Brennstoffzellenstapel 20 freigesetzte Stromerzeugungsenergie mit dem Verbrauchsvermögen der Hilfsmaschinen 55 ausgeglichen und der in die Batterie 52 geladene Strom wird auf Null gesetzt. Darüber hinaus kann in der Dauer der Zeit t1 bis zur Zeit t2 die von dem Brennstoffzellenstapel 20 freigesetzte Stromerzeugungsenergie den Stromverbrauch der Hilfsmaschinen 55 nicht decken und daher führt die Batterie 52, zum Kompensieren des Mangels an Strom, den Strom den Hilfsmaschinen 55 zu.
  • Die Dauer der Zeit t2 bis t4 ist die Dauer des Stillstands der Stromerzeugung, wenn das verbleibende Reaktantengas verbraucht ist und daher kann die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 nicht mehr beibehalten, was in dem Stillstand der Stromerzeugung resultiert. Wenn das verbleibende Reaktantengas keine Energie mehr hat, die zur Aufrechterhaltung der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels an der oberen Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 nötig wäre, wird die Stromerzeugung gestoppt und die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels verringert sich schrittweise. In dieser Dauer des Stillstands der Stromerzeugung wird die Stromerzeugungsenergie des Brennstoffzellenstapels 20 auf Null gesetzt, so dass der von der Batterie 52 den Hilfsmaschinen 55 zugeführte Strom im Wesentlichen konstant wird.
  • Zur Zeit t3, wenn sich die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 verringert, wird das Oxidationsgaszuführsystem30 betrieben, um dem Brennstoffzellenstapel 20 das Oxidationsgas wieder zuzuführen. Da der Brennstoffzellenstapel 20 das wieder zugeführte Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält, beginnt die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu steigen. In der Phase, in der die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels auf eine vorherbestimmte Spannung (zum Beispiel 360 V) angestiegen ist, endet das Wiederzuführen des Oxidationsgases. Daher wird in der Dauer des Stillstands der Stromerzeugung, jedes Mal, wenn sich die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 verringert, das Oxidationsgas entsprechend wieder zugeführt und die Ausgangsspannung wird so gesteuert, dass die Spannung nicht geringer wird als die untere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2.
  • Im zweiten Betriebsmodus berechnet die Steuervorrichtung 70 den Bestimmungswert der Stromerzeugung in Übereinstimmung mit der Lastanforderung, steuert die Zufuhr des Reaktantengases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 und steuert den Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellenstapels 20 durch den DC/DC-Wandler 51 (die Zeit t4 bis zur Zeit t5). Zu dieser Zeit ist der Bestimmungswert der Spannung für den DC/DC-Wandler 51 auf einen Betriebsbereich zwischen der oberen Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 und der unteren Verbrauchs-Begrenzungsspannung V2 beschränkt.
  • 4 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Überblick über die Ausführungsbedingungen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt.
  • Wie in der Figur gezeigt wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug angehalten wird und der Betriebsmodus der erste Betriebsmodus ist, die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zugelassen.
  • Hier wird der Vorgang der Katalysatoraktivierung ausführlich beschrieben.
  • In dem Brennstoffzellenstapel 20 passieren, wie durch obige Formel (1) wiedergegeben, die in dem Anodenpol 23 gebildeten Wasserstoffionen durch den Elektrolytfilm 22, um sich zu dem Kathodenpol 24 zu bewegen. Wie in der obigen Formel (2) wiedergegeben, verursachen die Wasserstoffionen, die sich zu dem Kathodenpol 24 bewegt haben, eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff in dem zu dem Kathodenpol 24 zugeführten Oxidationsgas und erzeugen die Reduzierungsreaktion des Sauerstoffs. In Folge dessen wird die Oberfläche des Platinkatalysators der Katalysatorschicht 24a mit einer oxidierten Membran bedeckt, um den Reaktionswiderstand (eine Überspannung) zu erhöhen und die Stromerzeugungseffizienz (Ausgangskennlinien) verringert sich. Der Vorgang der Katalysatoraktivierung ist der Vorgang des Verringerns der Zellspannung auf ein Reduktionspotential, um die oxidierte Membran zu reduzieren und die oxidierte Membran von der Katalysatoroberfläche zu entfernen. Insbesondere wird die Spannung jeder Zelle, d.h. die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels verringert, um den Ausgangsstrom zu erhöhen, wodurch die elektrochemische Reaktion in der Katalysatorschicht 24a von dem Bereich einer Oxidierungsreaktion in einen Bereich einer Reduzierungsreaktion, zum Wiedergewinnen der Katalysatoraktivität verschoben wird.
  • Es ist anzumerken, dass die Bedingungen, dass das Brennstoffzellenfahrzeug angehalten wird und das der Betriebsmodus der erste Betriebsmodus ist, die Minimalbedingungen zum Zulassen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung sind. Um das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zuzulassen, werden für die Zweckmäßigkeit des Systembetriebs andere Bedingungen bevorzugt berücksichtigt (Details werden später beschrieben).
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Veränderung der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt.
  • Wie oben beschrieben wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug angehalten wird und der Betriebsmodus der erste Betriebsmodus ist, der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt. In dem Vorgang der Katalysatoraktivierung setzt die Steuervorrichtung 60 die Zufuhr des Brenngases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 fort, während die Zufuhr des Oxidationsgases gestoppt wird und der Bestimmungswert der Spannung für den DC/DC-Wandler 51 linear schrittweise von der oberen Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 auf die Reduktionsspannung V3 (Zeit t10 bis t11) abgesenkt wird. Die Reduktionsspannung V3 muss in einem Spannungsbereich liegen, in dem die den Platinkatalysator bedeckende oxidierte Membran reduziert werden kann, um die oxidierte Membran zu entfernen, und wird bevorzugt so festgelegt, dass die Spannung pro Zelle zum Beispiel ungefähr 0,7 V beträgt.
  • Es ist anzumerken, dass in dem ersten Betriebsmodus die Zufuhr des Brenngases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 im Prinzip gestoppt wird und die Zufuhr des Oxidationsgases ebenso gestoppt wird, jedoch wird in dem Vorgang der Katalysatoraktivierung nur die Zufuhr des Oxidationsgases gestoppt, während die Zufuhr des Brenngases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 fortgesetzt wird. Dies ist der Fall, da sich der Pol jeder Zelle 21 verschiebt und beschädigt werden könnte, wenn die Zufuhr des Brenngases ebenso gestoppt wird.
  • Nach der Zeit 111, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 die Reduktionsspannung V3 erreicht hat, hält die Steuervorrichtung 60 den Bestimmungswert der Spannung für den DC/DC-Wandler 51 bei der Reduktionsspannung V3. Dennoch kann, da die Zufuhr des Oxidationsgases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung gestoppt ist, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 die Reduktionsspannung V3 nicht halten, was schließlich im Stillstand der Stromerzeugung resultiert. Dann beginnt sich die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 schrittweise zu verringern.
  • Dann treibt zur Zeit t12, wenn sich die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf eine Luftausblasspannung V4 verringert hat, die Steuervorrichtung 60 den Luftkompressor 32 wieder an, um dem Brennstoffzellenstapel 20 das Oxidationsgas wieder zuzuführen. Die Luftausblasspannung V4 sollte in einem Spannungsbereich liegen, in dem sich die Zellspannung nicht übermäßig verringert und wird bevorzugt so festgelegt, dass die Spannung pro Zelle zum Beispiel ungefähr 0,65 V beträgt.
  • Es ist anzumerken, dass, wenn das Oxidationsgas wieder zugeführt wird, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 zu steigen beginnt, jedoch ist die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 durch den DC/DC-Wandler 51 beschränkt, so dass die Spannung die obere Verbrauchs-Begrenzungsspannung V1 nicht überschreitet.
  • 6 ist eine erläuternde Darstellung, die die Details der Ausführungsbedingungen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zeigt.
  • Wie in der Figur gezeigt, ist es, um die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zuzulassen, notwendig alle Bedingungen zu erfüllen: (A1) die Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt VC1 oder weniger; (B1) der Betriebsmodus ist der erste Betriebsmodus; (C1) das Ladevermögen Win der Batterie 52 beträgt W1 oder weniger; (D1) es wird nicht beurteilt, dass ein Gasaustritt erfasst wird; und (E1) der Luftkompressor 32 ist gestoppt. Andererseits ist es, um die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zu verhindern, notwendig, eine der Bedingungen zu erfüllen: (A2) die Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt VC2 oder weniger; (B2) der Betriebsmodus ist ein anderer Modus als der erste Betriebsmodus; (C2) das Ladevermögen Win der Batterie 52 beträgt W2 oder mehr; (D2) es wird beurteilt, dass ein Gasaustritt erfasst wird; und (E2) der Luftkompressor 32 wird betrieben.
  • (Fahrzeuglaufstatus)
  • Bei dem Vorgang der Katalysatoraktivierung wird die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf die Reduktionsspannung V3 verringert. Daher wird in dem Fall, in dem angenommen wird, dass das Gaspedal in diesem Zustand gedrückt wird und dass der Betriebsmodus von dem ersten Betriebsmodus zu dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, die Zellspannung verringert, daher kann eine beliebige Ausgangsgröße, die der Anforderung des Gaspedals während der Anforderung für eine hohe Last folgt, nicht erhalten werden und das Fahrverhalten kann sich erheblich verschlechtem. In diesem Fall ist, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, die Bedingung das Fahrzeug anzuhalten die notwendige Bedingung. Wenn das Fahrzeug läuft, wird die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert. Insbesondere ist eine notwendige Bedingung zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung die Bedingung, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit VC1 ist (zum Beispiel 0,5 km/h) oder weniger. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit VC2 (zum Beispiel 3,0 km/h) oder mehr ist, wird die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert.
  • (B etrieb smodus)
  • Um die Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zuzulassen, ist der erforderliche Betriebsmodus der erste Betriebsmodus. Wenn der Betriebsmodus ein anderer als der erste Betriebsmodus ist (zum Beispiel der zweite Betriebsmodus oder ein Zustand wie die Inbetriebnahme oder das Anhalten des Systems), wird der Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert. Im ersten Betriebsmodus wird die Zufuhr des Oxidationsgases zu dem Brennstoffzellenstapel 20 gestoppt. Daher kann, in dem Fall, in dem der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, selbst wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 forciert verringert wird, der erzeugte Strom (der Überschussstrom) minimiert werden. Mit anderen Worten kann, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung im ersten Betriebsmodus durchgeführt wird, die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 auf das Reduktionspotential verringert werden, während das Laden so gesteuert wird, dass die Batterie 52 nicht überladen wird.
  • (B atterieladevermögen)
  • Während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung wird ein Teil des durch den Brennstoffzellenstapels 20 erzeugten Überschussstroms durch die Hilfsmaschinen 55 verbraucht, jedoch wird ein großer Teil des Überschussstroms in die Batterie 52 geladen. Wenn sich das Ladevermögen der Batterie 52 verschlechtert, kann der Überschussstrom nicht ausreichend geladen werden und daher wird das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert. Insbesondere ist die Bedingung zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung die Bedingung, in der das Ladevermögen der Batterie 52 W1 (zum Beispiel -6 kW) oder weniger beträgt. Wenn das Ladevermögen W2 (zum Beispiel -5 kW) oder mehr ist, wird das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert.
  • (Beurteilung des Gasaustritts)
  • Wenn die Sperrventile H3, H4 geschlossen sind, wird ein geschlossener Raum in dem Brenngas-Rohrleitungssystem gebildet und die Gasdruckfluktuation in dem geschlossenen Raum wird durch den Drucksensor 74 gelesen, um die Erfassung des Gasaustritts, zur Beurteilung, ob Wasserstoffgas austritt oder nicht, durchzuführen. In diesem Fall kann, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, die Erfassung des Gasaustritts manchmal durch den Verbrauch des Brenngases durch den Brennstoffzellenstapel 20 nicht korrekt durchgeführt werden. Daher ist die Bedingung, dass die Erfassung des Gasaustritts nicht durchgeführt wird, die notwendige Bedingung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung. Wenn die Beurteilung des Gasaustritts durchgeführt wird, wird das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert.
  • (Luftkompressor)
  • Wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung während des Betriebs des Luftkompressors 32 zum Verringern der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 durchgeführt wird, steigt der durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Strom an und die Batterie 52 überlädt manchmal. Daher ist die Bedingung, dass der Luftkompressor 32 angehalten wird, die notwendige Bedingung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung. Wenn der Luftkompressor 32 in Betrieb ist, wird das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung verhindert.
  • Es ist anzumerken, dass ein Beispiel der Bedingungen zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung beschrieben wurde und die vorliegende Erfindung nicht auf das obige Beispiel beschränkt ist. Im Hinblick auf die Bedingungen zum Zulassen oder Verhindern des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung kann eine weitere Bedingung hinzugefügt werden oder die Inhalte der obigen Bedingung können entsprechend verändert werden. Zum Beispiel verschlechtert sich, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung häufig wiederholt wird, die Beständigkeit des Brennstoffzellenstapels 20. Daher wird nur wenn beurteilt wird, dass der Vorgang der Katalysatoraktivierung aus einem Grund nötig ist, wie dem Grund, dass eine Verschlechterung der I-U-Kennlinien angenommen wird, der Vorgang der Katalysatoraktivierung bevorzugt durchgeführt.
  • 7 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Zellspannung und der Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran zeigt.
  • Wie in diesem Graph gezeigt, steigt in dem Oxidationsbereich, in dem die Zellspannung ungefähr 0,75 V oder mehr beträgt, wenn die Zellspannung hoch ist, die Menge der durch den Platinkatalysator zu adsorbierenden oxidierten Membran an. Darüber hinaus steigt, wenn die Zeit, zu der die Zellspannung in dem Oxidationsbereich bleibt, zu lang ist, die Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran an. Andererseits steigt, in dem Reduktionsbereich, in dem die Zellspannung ungefähr 0,75 V oder weniger beträgt, wenn die Zellspannung gering ist, die Menge der von dem Platinkatalysator abzuschälenden oxidierten Membran an. Darüber hinaus steigt, wenn die Zeit, in der die Zellspannung in dem Reduktionsbereich verbleibt, zu lang ist, die Menge der zu abzuschälenden oxidierten Membran an. Daher kann, basierend auf dem in der Figur gezeigten Graph, wenn eine positive Zeitintegration in dem Oxidationsbereich durchgeführt wird und eine negative Zeitintegration in dem Reduktionsbereich durchgeführt wird, die Menge der durch den Platinkatalysator zu adsorbierenden oxidierten Membran eingeschätzt werden. Wenn die Menge der durch den Platinkatalysator zu adsorbierenden oxidierten Membran steigt, sinkt der effektive Bereich des Platinkatalysators, der zu der elektrochemischen Reaktion beiträgt, so dass die Stromdichte ansteigt, wodurch ein Anstieg der Überspannung erzeugt wird. In dem Fall, in dem der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, wenn die Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann die Anzahl der Durchführungszeiten des Vorgangs der Katalysatoraktivierung minimiert werden.
  • Es ist anzumerken, dass 0,75 V oben lediglich erläutert wurden und die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Spannungswert beschränkt ist.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei einer Bedingung zeigt, bei der die Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Die Steuervorrichtung 60 führt eine Zeitintegration der Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran basierend auf der Zeit durch, die seit der Durchführung des vorherigen Vorgangs der Katalysatoraktivierung (Schritt 801) verstrichen ist und beurteilt, ob die Adsorptionsmenge einen vorherbestimmten Wert überschreitet oder nicht (Schritt 802). Wenn die Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran den vorherbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet (Schritt 802; NEIN), führt die Steuervorrichtung 60 die Schritte 801 und 802 wiederholt durch.
  • Wenn die Menge der adsorbierenden oxidierten Membran den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet (Schritt 802; JA), beurteilt die Steuervorrichtung 60, ob alle der Bedingungen (A1) bis (E1) zum Zulassen der Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erfüllt sind oder nicht (Schritt 803). Wenn eine beliebige der Bedingungen (A1) bis (E1) nicht ermittelt wird (Schritt 803; NEIN), kehrt die Steuervorrichtung 60 zu Schritt 801 zurück. Andererseits führt die Steuervorrichtung 60, wenn alle der Bedingungen (A1) bis (E1) ermittelt werden (Schritt 803); JA), den Vorgang der Katalysatoraktivierung durch (Schritt 804).
  • Es ist anzumerken, dass während der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, die Zellspannung in dem Reduktionsbereich liegt und daher die negative Zeitintegration der Menge der zu adsorbierenden oxidierten Membran in Übereinstimmung mit der Durchführungszeit des Vorgangs der Katalysatoraktivierung (Schritt 801) durchgeführt wird.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das einen ersten Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei der Bedingung zeigt, bei der eine vorherbestimmte Zeit seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist.
  • Die Steuervorrichtung 60 beurteilt, ob die Zeit, die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist, eine vorherbestimmte Zeit überschreitet oder nicht (Schritt 901). Wenn die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichene Zeit die vorherbestimmte Zeit nicht überschreitet (Schritt 901; NEIN), führt die Steuervorrichtung 60 die Beurteilung des Schritts 901 wiederholt durch.
  • Wenn die Zeit, die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist, die vorherbestimmte Zeit überschreitet (Schritt 901; JA), beurteilt die Steuervorrichtung 60, ob alle der Bedingungen (A1) bis (E1) zum Zulassen der Durchführung des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erfüllt sind oder nicht (Schritt 902). Wenn eine beliebige der Bedingungen (A1) bis (E1) nicht ermittelt wird (Schritt 902; NEIN), kehrt die Steuervorrichtung 60 zu Schritt 901 zurück. Andererseits führt die Steuervorrichtung 60, wenn alle der Bedingungen (A1) bis (E1) ermittelt werden (Schritt 902; JA), den Vorgang der Katalysatoraktivierung durch (Schritt 903), um zum Beurteilungsvorgang des Schritts 901 zurückzukehren.
  • Daher können, wenn der Vorgang der Katalysatoraktivierung auf dem Übereinkommen durchgeführt wird, dass die verstrichene Zeit seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung die vorherbestimmte Zeit überschreitet, die Anzahl der Durchführungszeiten des Vorgangs der Katalysatoraktivierung minimiert werden.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das einen zweiten Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei der Bedingung zeigt, bei der die vorherbestimmte Zeit seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist.
  • Die Steuervorrichtung 60 beurteilt, ob die Zeit, die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist (oder eine Zeit, die seit der Rückstellung eines Zeitgebers verstrichen ist), eine vorherbestimmte Zeit überschreitet (Schritt 1001). Wenn die Zeit, die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist (oder die Zeit, die seit der Rückstellung des Zeitgebers verstrichen ist), die vorherbestimmte Zeit nicht überschreitet (Schritt 1001; NEIN), führt die Steuervorrichtung 60 den Beurteilungsvorgang des Schritts 1001 wiederholt durch.
  • Wenn die Zeit, die seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichen ist, die vorherbestimmte Zeit überschreitet (Schritt 1001; JA), beurteilt die Steuervorrichtung, ob sich die Zellspannung auf den Reduktionsbereich nach dem Durchführen des vorherigen Vorgangs der Katalysatoraktivierung verringert hat oder nicht (Schritt 1002).
  • Wenn sich die Zellspannung auf den Reduktionsbereich verringert hat (Schritt 1002; JA), setzt die Steuervorrichtung die Zeit zum Messen der seit dem vorherigen Vorgang der Katalysatoraktivierung verstrichenen Zeit zurück (Schritt 1003).
  • Wenn sich die Zellspannung nicht auf den Reduktionsbereich verringert hat (Schritt 1002; NEIN), beurteilt die Steuervorrichtung 60, ob alle der Bedingungen (A1) bis (E1) zum Zulassen des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erfüllt sind oder nicht (Schritt 1004). Wenn eine beliebige der Bedingungen (A1) bis (E1) nicht ermittelt wird (Schritt 1004; NEIN), kehrt die Steuervorrichtung 60 zu Schritt 1001 zurück. Andererseits führt die Steuervorrichtung 60, wenn alle der Bedingungen (A1) bis (E1) ermittelt werden (Schritt 1004; JA), den Vorgang der Katalysatoraktivierung durch (Schritt 1005), um zum Beurteilungsvorgang des Schritts 1001 zurückzukehren.
  • Daher kann, selbst in dem Fall, in dem die Zeit, die seit dem Durchführen des vorherigen Vorgangs der Katalysatoraktivierung verstrichen ist, die vorherbestimmte Zeit überschreitet, wenn sich die Zellspannung nach Durchführen des vorherigen Vorgangs der Katalysatoraktivierung auf den Reduktionsbereich verringert, das Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung zum Minimieren der Anzahl der Durchführungszeiten des Vorgangs der Katalysatoraktivierung ausgelassen werden.
  • 11 ist eine erläuternde Darstellung, die die Verschlechterung der I-U-Kennlinien des Brennstoffzellenstapels 20 zeigt, die durch die Adsorption der oxidierten Membran durch den Platinkatalysator hervorgerufen wird.
  • Wenn der Brennstoffzellenstapel 20 kontinuierlich in dem Oxidationsbereich betrieben wird, wird eine oxidierte Membran auf der Oberfläche des Platinkatalysators, zum Erhöhen der Überspannung gebildet und daher verschlechtern sich die I-U-Kennlinien. Wenn der Betriebspunkt in einem idealen Zustand zum Beispiel OP (I-V) ist, ist der Betriebspunkt in einem Zustand, in dem die oxidierte Membran auf der Oberfläche des Platinkatalysators gebildet wird, OP'(I, V-ΔV). Die Ausgangsspannung zu der Zeit, wenn der Strom I aus dem Brennstoffzellenstapel 20 verschwunden ist, verringert sich um so viel wie ΔV. Daher wird, wenn die Abnahmemenge ΔV der Ausgangskennlinien der Brennstoffzelle 20 einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, der Vorgang der Katalysatoraktivierung bevorzugt durchgeführt.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei der Bedingung zeigt, dass die Abnahmemenge der Ausgangskennlinien des Brennstoffzellenstapels 20 einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Die Steuervorrichtung 60 beurteilt, ob die Abnahmemenge ΔV der Ausgangskennlinien des Brennstoffzellenstapels 20 den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet (Schritt 1201). Wenn die Abnahmemenge ΔV den vorherbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet (Schritt 1201; NEIN), führt die Steuervorrichtung 60 den Beurteilungsvorgang des Schritts 1201 wiederholt durch.
  • Wenn die Abnahmemenge ΔV den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet (Schritt 1201; JA), beurteilt die Steuervorrichtung 60, ob alle der Bedingungen (A1) bis (E1) zum Zulassen des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erfüllt sind oder nicht (Schritt 1202). Wenn eine beliebige der Bedingungen (A1) bis (E1) nicht ermittelt wird (Schritt 1202; NEIN), kehrt die Steuervorrichtung zu Schritt 1201 zurück. Andererseits führt die Steuervorrichtung 60, wenn alle die Bedingungen (A1) bis (E1) ermittelt werden (Schritt 1202; JA), den Vorgang der Katalysatoraktivierung (Schritt 1203) durch, um zu dem Beurteilungsvorgang des Schritts 1201 zurückzukehren.
  • Daher kann, in dem Fall, in dem der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, wenn die Abnahmemenge ΔV der Ausgangskennlinien des Brennstoffzellenstapels 20 einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Anzahl der Durchführungszeiten des Vorgangs der Katalysatoraktivierung minimiert werden.
  • 13 ist eine erläuternde Ansicht, die die Überspannung des Brennstoffzellenstapels 20 zeigt.
  • Wie in der Figur gezeigt, wird die Überspannung durch eine Aktivierungs-Überspannung ηa, eine Konzentrations-Überspannung ηc und einer Widerstands-Überspannung ηr gebildet. Die Aktivierungs-Überspannung ist Energie, die verbraucht wird, um das Wasserstoffgas zu aktivieren bzw. das Oxidationsgas, das einen Grundzustand aufweist. Die Konzentrations-Überspannung ist die Energie, die verbraucht wird, wenn ein Gleichgewicht aufgrund der Reaktion an den Elektroden abweicht und sowohl das Reaktionssystem als auch das Bildungssystem einen Konzentrationsunterschied zum Hervorrufen einer Diffusionsbewegung erzeugen. Die Widerstands-Überspannung schließt allgemein die elektrischen Widerstände des Polymerelektrolytfilms 22, des Anodenpols 23, des Kathodenpols 24 und der Separatoren 26, 27 selbst ein und deren Kontaktwiderstände. Diese Überspannungen können durch die Gleichungen (4) bis (6) berechnet werden: η a = a − b × logI
    Figure DE112008000334B4_0001
     η c = b × log ( 1 − I / I L )
    Figure DE112008000334B4_0002
    und η r = IR
    Figure DE112008000334B4_0003
    in der a, b Konstanten sind, R der Widerstandswert ist, I die Stromdichte ist und IL eine Grenzstromdichte ist.
  • Wenn der Brennstoffzellenstapel kontinuierlich in dem Oxidationsbereich betrieben wird, wird eine oxidierte Membran auf der Oberfläche des Platinkatalysators gebildet und die Aktivierungs-Überspannung steigt an, so dass der Vorgang der Katalysatoraktivierung bevorzugt durchgeführt wird, wenn die Aktivierungs-Überspannung einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf zum Durchführen des Vorgangs der Katalysatoraktivierung bei der Bedingung zeigt, bei der die Aktivierungs-Überspannung des Brennstoffzellenstapels einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • Die Steuervorrichtung 60 beurteilt, ob die Aktivierungs-Überspannung des Brennstoffzellenstapels 20 einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet oder nicht (Schritt 1401). Wenn die Aktivierungs-Überspannung den vorherbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet (Schritt 1401; NEIN), führt die Steuervorrichtung 60 den Beurteilungsschritt des Schritts 1401 wiederholt durch.
  • Wenn die Aktivierungs-Überspannung den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet (Schritt 1401; JA), beurteilt die Steuervorrichtung 60, ob alle der Bedingungen (A1) bis (E1) zum Zulassen des Durchführens des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erfüllt sind oder nicht (Schritt 1402). Wenn eine beliebige der Bedingungen (A1) bis (E1) nicht ermittelt wird (Schritt 1402; NEIN), kehrt die Steuervorrichtung zu Schritt 1401 zurück. Andererseits führt die Steuervorrichtung 60, wenn alle der Bedingungen (A1) bis (E1) ermittelt werden (Schritt 1402; JA), den Vorgang der Katalysatoraktivierung durch (Schritt 1403), um zu dem Beurteilungsvorgang des Schritts 1401 zurückzukehren.
  • Daher kann, in dem Fall, in dem der Vorgang der Katalysatoraktivierung durchgeführt wird, wenn die Aktivierungs-Überspannung des Brennstoffzellenstapels 20 den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, die Anzahl der Durchführungszeiten des Vorgangs der Katalysatoraktivierung minimiert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • 15 zeigt den Systemaufbau des Brennstoffzellensystems 11 gemäß der Ausführungsform 2. Das Brennstoffzellensystem 11 weist den Aufbau eines Kondensatorsystems auf in dem ein Kondensator 57 parallel mit dem Brennstoffzellenstapel 20 als Hauptstromquelle verbunden ist und der durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Strom oder ein generatorischer Strom, der durch den Traktionsmotor 54 während einer Rückarbeitsbremsung gesammelt wird, wird in den Kondensator 57 geleitet. Wenn Strom für eine schnelle Beschleunigung oder dergleichen benötigt wird, entnimmt der Kondensator 57 vorübergehend Strom, um einen in den Ausgangskennlinien ausgezeichneten Systemaufbau zu realisieren.
  • Der DC/DC-Wandler 56 auf der ersten Seite ist mit einem Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 20 verbunden und der DC/DC-Wandler auf der zweiten Seite ist parallel mit dem Kondensator 57 bzw. dem Antriebsumrichter 53 verbunden. Wenn der Betrieb in den ersten Betriebsmodus gesteuert wird, schaltet die Steuervorrichtung 60 das Relais 58 ab und steuert die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 durch den DC/DC-Wandler 56. Darüber hinaus schaltet die Steuervorrichtung 60, wenn bei der Bedingung, dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 geringer als die Spannung des Kondensators 57 ist, der erste Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, das Relais 58 an und verbindet den Brennstoffzellenstapel 20 parallel mit dem Kondensator 57.
  • Es ist anzumerken, dass der Vorgang der Katalysatoraktivierung in den Brennstoffzellen gemäß der Ausführungsform 2 dem der Ausführungsform 1 gleicht.
  • (Ausführungsform 3)
  • 16 zeigt den Systemaufbau des Brennstoffzellensystems 12 gemäß Ausführungsform 3. Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß Ausführungsform 1 weist den Aufbau eines parallelen Hybridsystems auf, in dem der DC/DC-Wandler 51 und der Antriebsumrichter 53 parallel miteinander verbunden und mit dem Brennstoffzellenstapel 20 verbunden sind, wobei das Brennstoffzellensystem 12 gemäß Ausführungsform 3 den Aufbau eines Reihenhybridsystems aufweist, in dem der DC/DC-Wandler 51 und der Antriebsumrichter 53 in Reihe mit dem Brennstoffzellenstapel 20 als Hauptstromquelle verbunden sind. Beide Ausführungsformen unterscheiden sich in diesem Gesichtspunkt voneinander.
  • Es ist anzumerken, dass der Vorgang der Katalysatoraktivierung in dem Brennstoffzellensystem 12 gemäß Ausführungsform 3 dem der Ausführungsform 1 gleicht.
  • Es ist anzumerken, dass in den obigen Ausführungsformen ein Verwendungsaufbau erläutert wurde, in dem das Brennstoffzellensystem als ein in einem Fahrzeug eingebautes Stromquellensystem verwendet wird, jedoch ist der Verwendungsaufbau des Brennstoffzellensystems nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann das Brennstoffzellensystem als Stromquelle eines anderen mobilen Körpers als einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut werden (ein Roboter, ein Schiff, ein Flugzeug oder dergleichen). Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als Stromerzeugungsanlage (ein stationäres Stromerzeugungssystem) für ein Gehäuse, ein Gebäude oder dergleichen verwendet werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn eine Anforderung zur Stromerzeugung für eine Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist, die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle gestoppt, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, so dass das Fahrverhalten nicht verschlechtert wird und so dass ein während des Vorgangs der Katalysatoraktivierung erzeugter Überschussstrom minimiert werden kann.

Claims (5)

  1. Brennstoffzellensystem (10) umfassend: eine Brennstoffzelle, die ein zugeführtes Brenngas und Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält; eine Steuervorrichtung (60), die die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle stoppt und die Ausgangspannung der Brennstoffzelle verringert, um einen Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, wenn ein angeforderter Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist; und eine Akkumulatorvorrichtung (52), wobei die Steuervorrichtung (60) den Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert, wenn der in die Akkumulatorvorrichtung (52) zu ladende Strom ein vorherbestimmter Wert oder weniger ist.
  2. Brennstoffzellensystem (10) umfassend: eine Brennstoffzelle, die ein zugeführtes Brenngas und Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält; eine Steuervorrichtung (60), die die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle stoppt und die Ausgangspannung der Brennstoffzelle verringert, um einen Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, wenn ein angeforderter Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist; und eine Vielzahl von Sperrventilen (Hl, H3), die in einem Rohrleitungssystem (40) angeordnet sind, welches der Brennstoffzelle das Brenngas zuführt, wobei die Steuervorrichtung (60) die Vielzahl der Sperrventile (H1, H3) schließt, um einen geschlossenen Raum in dem Rohrleitungssystem (40) zu bilden und eine Gasdruckfluktuation in dem geschlossenen Raum erfasst, um den Vorgang der Katalysatoraktivierung zu verhindern, während ein Gasaustritt erfasst wird.
  3. Brennstoffzellensystem (10) umfassend: eine Brennstoffzelle, die ein zugeführtes Brenngas und Oxidationsgas zum Erzeugen von Strom erhält; eine Steuervorrichtung (60), die die Zufuhr des Oxidationsgases zu der Brennstoffzelle stoppt und die Ausgangspannung der Brennstoffzelle verringert, um einen Vorgang der Katalysatoraktivierung durchzuführen, wenn ein angeforderter Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist; einen DC/DC-Wandler (51), der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert; und einen Kondensator, in dem der durch die Brennstoffzelle erzeugte Strom geladen wird, wenn der angeforderte Strom für die Brennstoffzelle geringer als ein vorherbestimmter Wert ist, wobei die Steuervorrichtung (60) einen Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle mit dem DC/DC-Wandler (51) verbindet und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch den DC/DC-Wandler (51) steuert, wohingegen die Steuervorrichtung (60), wenn der angeforderte Strom für die Brennstoffzelle ein vorherbestimmter Wert oder mehr ist, den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle mit dem Kondensator verbindet, um den durch die Brennstoffzelle erzeugten Strom in den Kondensator zu laden.
  4. Brennstoffzellen-System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (60) den Vorgang der Katalysatoraktivierung verhindert, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, in dem das Brennstoffzellensystem (10) als in dem Fahrzeug eingebaute Stromquelle verwendet wird, ein vorherbestimmter Wert oder mehr ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (60) den Vorgang der Katalysatoraktivierung durchführt, wenn sich die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle verringert.
DE112008000334.3T 2007-02-05 2008-01-31 Brennstoffzellensystem Active DE112008000334B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007-026092 2007-02-05
JP2007026092A JP5023374B2 (ja) 2007-02-05 2007-02-05 燃料電池システム
PCT/JP2008/051997 WO2008096801A1 (ja) 2007-02-05 2008-01-31 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112008000334T5 DE112008000334T5 (de) 2009-12-03
DE112008000334B4 true DE112008000334B4 (de) 2024-08-14

Family

ID=39681706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112008000334.3T Active DE112008000334B4 (de) 2007-02-05 2008-01-31 Brennstoffzellensystem

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20100092819A1 (de)
JP (1) JP5023374B2 (de)
KR (1) KR101136502B1 (de)
CN (2) CN101606260B (de)
CA (1) CA2673062C (de)
DE (1) DE112008000334B4 (de)
WO (1) WO2008096801A1 (de)

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4577625B2 (ja) * 2007-12-20 2010-11-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN102511100B (zh) * 2009-09-25 2014-08-06 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP2011096533A (ja) * 2009-10-30 2011-05-12 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US8647785B2 (en) 2010-09-14 2014-02-11 GM Global Technology Operations LLC Dynamic voltage suppression in a fuel cell system
KR101189240B1 (ko) 2010-11-01 2012-10-09 현대자동차주식회사 연료 전지 스택의 활성화 장치
KR101230900B1 (ko) * 2010-12-01 2013-02-07 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 시스템의 운전 제어 방법
JP5966247B2 (ja) * 2011-03-01 2016-08-10 ソニー株式会社 電池パック、蓄電システム、電子機器、電動車両、電力システムおよび制御システム
JP5617696B2 (ja) * 2011-03-04 2014-11-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池の触媒性能回復方法
JP5650025B2 (ja) * 2011-03-22 2015-01-07 シャープ株式会社 制御装置および燃料電池システム
JP5850133B2 (ja) * 2012-03-01 2016-02-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
DE112012005965T5 (de) * 2012-03-01 2014-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem
JPWO2013128610A1 (ja) * 2012-03-01 2015-07-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US9520605B2 (en) 2012-03-15 2016-12-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP5919945B2 (ja) * 2012-03-28 2016-05-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池の触媒性能向上方法
JP5892241B2 (ja) * 2012-05-01 2016-03-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5871756B2 (ja) * 2012-09-13 2016-03-01 日立造船株式会社 アルカリ形燃料電池の活性化方法
WO2014147662A1 (ja) 2013-03-21 2014-09-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP5808773B2 (ja) * 2013-05-30 2015-11-10 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム
DE102013014954A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-12 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
JP5880618B2 (ja) 2014-04-25 2016-03-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP6135643B2 (ja) * 2014-11-12 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 発電監視装置、燃料電池システムおよび発電監視方法
KR101637833B1 (ko) 2015-05-18 2016-07-07 현대자동차주식회사 연료전지 스택 성능 회복 방법 및 장치
KR101703607B1 (ko) 2015-07-08 2017-02-22 현대자동차 주식회사 촉매 활성화 시동 장치 및 이를 이용한 촉매 활성화 시동 방법
KR101897329B1 (ko) * 2016-04-26 2018-09-11 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 공기압축기 제어방법 및 시스템
JP6579068B2 (ja) * 2016-09-16 2019-09-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の出力性能診断装置、燃料電池の出力性能診断システム、燃料電池の出力性能診断方法、及び燃料電池の出力性能診断プログラム
JP6508161B2 (ja) 2016-10-18 2019-05-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6597566B2 (ja) 2016-11-21 2019-10-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7057540B2 (ja) * 2017-03-02 2022-04-20 三菱自動車工業株式会社 燃料電池システム
CN110416579A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 武汉众宇动力系统科技有限公司 无人机燃料电池堆性能恢复系统及其恢复装置和恢复控制方法
KR102719107B1 (ko) * 2019-04-29 2024-10-16 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 스택모듈 교체방법
KR102845718B1 (ko) 2019-05-29 2025-08-13 현대자동차주식회사 연료전지 회복 제어 시스템 및 방법
JP7172918B2 (ja) * 2019-09-04 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
CN111546946B (zh) * 2020-05-13 2023-09-22 上海亿氢科技有限公司 一种改善燃料电池在轻负载时工作特性的方法
DE102020118747A1 (de) 2020-07-15 2022-01-20 Audi Aktiengesellschaft Dauerhaft bei hohen Lastpunkten betriebenes Brennstoffzellensystem
DE102020119374A1 (de) 2020-07-22 2022-01-27 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
CN112356678B (zh) * 2020-11-10 2022-04-19 长城汽车股份有限公司 滑行扭矩的获取方法、装置、存储介质及计算机程序
CN112421082A (zh) * 2020-11-19 2021-02-26 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种快速恢复车用燃料电池系统性能的方法
JP7472777B2 (ja) * 2020-12-22 2024-04-23 トヨタ自動車株式会社 電力システム、サーバおよび電力需給の調整方法
AT525060B1 (de) * 2021-08-12 2022-12-15 Avl List Gmbh Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Brennstoffzellennetzwerks
JP7793929B2 (ja) * 2021-10-21 2026-01-06 ブラザー工業株式会社 燃料電池ユニット
JP7594993B2 (ja) 2021-11-05 2024-12-05 株式会社豊田自動織機 燃料電池システム
CN119786657B (zh) * 2024-11-22 2025-11-21 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池系统快速恢复方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10202875A1 (de) 2001-01-26 2002-08-01 Equos Res Tokio Tokyo Kk Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zu ihrer Steuerung
US20040219399A1 (en) 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
JP2005257340A (ja) 2004-03-09 2005-09-22 Toyota Motor Corp 高圧タンクシステムのガス漏れ検出装置
JP2005346979A (ja) 2004-05-31 2005-12-15 Equos Research Co Ltd 燃料電池の再生制御装置
DE102005042772A1 (de) 2005-02-24 2006-08-31 Mitsubishi Denki K.K. Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Abschaltung
JP2006294447A (ja) 2005-04-12 2006-10-26 Toyota Motor Corp 異常判定装置
JP2006294255A (ja) 2005-04-05 2006-10-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び該燃料電池システムのガス漏れ検出方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4686842B2 (ja) * 2000-11-01 2011-05-25 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池装置の制御方法
JP4438231B2 (ja) * 2001-01-26 2010-03-24 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法
KR100461272B1 (ko) * 2002-07-23 2004-12-10 현대자동차주식회사 연료 전지 하이브리드 차량의 전원 단속장치
JP4182732B2 (ja) 2002-11-22 2008-11-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、およびこれを搭載した移動体、および燃料電池システムの制御方法
JP4742501B2 (ja) * 2004-02-17 2011-08-10 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2005310623A (ja) * 2004-04-23 2005-11-04 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池電源装置の電源制御装置および制御方法
US7791216B2 (en) * 2004-11-01 2010-09-07 Ford Global Technologies, Llc Method and system for use with a vehicle electric storage system
JP4867214B2 (ja) * 2005-06-22 2012-02-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4761162B2 (ja) 2007-03-07 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10202875A1 (de) 2001-01-26 2002-08-01 Equos Res Tokio Tokyo Kk Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zu ihrer Steuerung
US20040219399A1 (en) 2003-04-29 2004-11-04 Ballard Power Systems Inc. Power converter architecture and method for integrated fuel cell based power supplies
JP2005257340A (ja) 2004-03-09 2005-09-22 Toyota Motor Corp 高圧タンクシステムのガス漏れ検出装置
JP2005346979A (ja) 2004-05-31 2005-12-15 Equos Research Co Ltd 燃料電池の再生制御装置
DE102005042772A1 (de) 2005-02-24 2006-08-31 Mitsubishi Denki K.K. Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Abschaltung
JP2006294255A (ja) 2005-04-05 2006-10-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び該燃料電池システムのガス漏れ検出方法
JP2006294447A (ja) 2005-04-12 2006-10-26 Toyota Motor Corp 異常判定装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090096649A (ko) 2009-09-11
JP5023374B2 (ja) 2012-09-12
CN101606260B (zh) 2012-09-05
DE112008000334T5 (de) 2009-12-03
CA2673062A1 (en) 2008-08-14
US20100092819A1 (en) 2010-04-15
CN101606260A (zh) 2009-12-16
CN102664278B (zh) 2014-10-22
WO2008096801A1 (ja) 2008-08-14
KR101136502B1 (ko) 2012-04-20
CN102664278A (zh) 2012-09-12
US20120225330A1 (en) 2012-09-06
JP2008192468A (ja) 2008-08-21
US8802310B2 (en) 2014-08-12
CA2673062C (en) 2012-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112008000334B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008003145B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008000096B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE112008001357B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008003416B4 (de) Brennstoffbatterie-System
DE112012005964B4 (de) Brennstoffzellensystem mit Katalysatoraktivierungsfunktion
DE112010002074B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems
DE112008000649B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008002094B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE112008000628B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102017103524B4 (de) Verfahren zur Anomalie-Erkennung im Drucksensor und Brennstoffzellensystem
DE112008001827B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Steuerung
DE102017109410B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE112012005965T5 (de) Brennstoffzellensystem
US8722265B2 (en) Fuel cell system
DE112012006314B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008003072T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE112012006025B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015119012A1 (de) Brennstoffzellensystem und Betriebssteuerverfahren hierfür
DE102012208642A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern desselben
DE112011105797B4 (de) Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle
DE112008003393B4 (de) Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102015115733B4 (de) Brennstoffzellensystem mit elektronischer Steuereinheit zum Regeln einer Betriebsgröße einer Zirkulationspumpe
DE102017107012A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Wasserstoffmangels und Vorrichtung zum Bestimmen eines Wasserstoffmangels

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008045370

R018 Grant decision by examination section/examining division
R084 Declaration of willingness to licence
R020 Patent grant now final