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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperatursteuerungssystem
für eine Brennstoffzelle.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Es
ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem unter Verwendung
der elektrochemischen Reaktion zwischen einem Brennstoffgas, das
Wasserstoff aufweist, und einem oxidierenden Gas, das Sauerstoff
aufweist, eine Leistung erzeugt wird. Eine solche Brennstoffzelle
ist eine hocheffiziente, saubere Leistungserzeugungseinrichtung
und wird folglich weitgehend als eine Antriebsleistungsquelle für
ein zweirädriges Fahrzeug, ein Auto und dergleichen vorhergesehen.
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Die
Brennstoffzelle hat jedoch, verglichen mit einer anderen Leistungsquelle,
schlechte Starteigenschaften, und insbesondere bei einem Fall, bei
dem das System in einer Niedrigtemperaturumgebung gestartet wird,
wird zwischen den Enden der Brennstoffzelle und der Mitte derselben
eine Zellenspannungsschwankung erzeugt. Im Allgemeinen sind an beiden Enden
der Brennstoffzelle, in der eine Mehrzahl von Zellen geschichtet
ist (siehe 9), Endplatten vorgesehen. Wenn
das System bei einer niedrigen Temperatur gestartet wird, wird eine
Brennstoffzelle 1 durch wirksames Verwenden einer Selbstwärmeerzeugung,
die eine Leistungserzeugung begleitet, aufgewärmt. Endplatten 3 haben
jedoch eine größere thermische Kapazität
als dieselbe von Zellen 2, so dass die Wärme der
Zellen 2 bei beiden Enden durch die Endplatten 3 aufgenommen
wird. Als ein Resultat tritt ein Problem auf, dass ein Temperaturgradient
gemäß den Positionen der Zellen in einem Stapel
erzeugt wird, um die Zellenspannungsschwankung zu erzeugen.
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Angesichts
eines solchen Problems wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem
beispielsweise Isolierplatten an den Endzellen der Brennstoffzelle angeordnet
sind, um den Temperaturgradienten zwischen den Zellen zu unterdrücken
(siehe z. B. Patentdokument 1).
- [Patentdokument 1] Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.
2004-152052
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es
besteht jedoch ein Problem, dass bei dem Fall eines Betriebs (eines
Starts oder dergleichen) in einer Niedrigtemperaturumgebung Endzellen
Wärme abstrahlen, um einen größeren Temperaturgradienten
in einem Stapel zu erzeugen. Es besteht ferner ein Problem, dass
sich bei einem Fall, bei dem die im Vorhergehenden erwähnten
Isolierplatten angeordnet sind, ein System vergrößert.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der im Vorhergehenden erwähnten
Situation entwickelt, und es ist eine Aufgabe derselben, ein Temperatursteuerungssystem
zu schaffen, das fähig ist, eine Zellenspannungsschwankung
selbst bei dem Fall eines Startens in der Niedrigtemperaturumgebung
zu unterdrücken.
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Um
das vorhergehende Problem zu lösen, ist ein Temperatursteuerungssystem
für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Temperatursteuerungssystem für eine Brennstoffzelle,
das ein Wärmeübertragungsmedium durch die Brennstoffzelle
zirkulieren lässt, um die Temperatur der Brennstoffzelle
zu steuern, und dadurch gekennzeichnet ist, dass dasselbe eine Zirkulationssteuerungseinrichtung
zum Zirkulieren des Wärmeübertragungsmediums,
das während eines Niedrigtemperaturbetriebs eine größere
Flussrate als dieselbe für einen normalen Betrieb hat,
durch die Brennstoffzelle aufweist.
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Die „niedrige
Temperatur" ist hier beispielsweise eine Temperatur, die niedriger
als eine gewöhnliche Temperatur ist, eine Temperatur um
null Grad, oder eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt. Die „größere
Flussrate als dieselbe für den üblichen Betrieb"
umfasst eine absolute Flussrate, eine Flussgeschwindigkeit und einen
Druck. Gemäß einem solchen Aufbau ist die Flussrate
des Wärmeübertragungsmediums (Kühlwasser
oder dergleichen) für einen Niedrigtemperaturstart auf
eine größere Flussrate als dieselbe des Wärmeübertragungsmediums
für einen normalen Start eingestellt, so dass eine Temperaturschwankung
zwischen Zellen selbst bei dem Fall eines Aufwärmens für
den Niedrigtemperaturstart unterdrückt werden kann, und
als ein Resultat kann die Zellenspannungsschwankung unterdrückt werden.
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Hier
weist der vorhergehende Aufbau weiter eine Entscheidungseinrichtung
zum Erfassen der Temperatur hinsichtlich der Brennstoffzelle auf,
um basierend auf dem Erfassungsresultat zu entscheiden, ob das System
während des Startens des Systems bei der niedrigen Temperatur
zu starten ist oder das System normal zu starten ist. Die Zirkulationssteuerungseinrichtung
ist vorzugsweise konfiguriert, um während des Niedrigtemperaturstarts
das Wärmeübertragungsmedium, das eine größere
Flussrate als dieselbe für den üblichen Betrieb
hat, durch die Brennstoffzelle zirkulieren zu lassen.
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Außerdem
ist der Aufbau vorzugsweise mit Heizern, die die Enden der Brennstoffzelle
während des Niedrigtemperaturbetriebs heizen, oder einem Heizer,
der das Wärmeübertragungsmedium während
des Niedrigtemperaturbetriebs heizt, versehen (siehe 6 bis 8).
Ferner kann die Flussrate des Wärmeübertragungsmediums,
das während des Niedrigtemperaturbetriebs zirkulieren soll,
die maximale Flussrate sein, die durch das System erlaubt ist.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben, kann gemäß der
vorliegenden Erfindung eine Zellenspannungsschwankung selbst bei
dem Fall eines Startens in einer Niedrigtemperaturumgebung unterdrückt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das den Aufbau der Hauptteile eines Brennstoffzellensystems
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das die Temperaturverteilung einer Brennstoffzelle
gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das die Abhängigkeit der IV-Charakteristiken
der Brennstoffzelle von einer Temperatur gemäß dem
Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, in dem Zellenspannungen bei den Temperaturen gemäß dem
Ausführungsbeispiel in einer Zeitreihe grafisch dargestellt sind;
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5 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb während eines Systemstarts
gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Heizereinbaus gemäß einer
Modifikation zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, das ein anderes Beispiel des Heizereinbaus gemäß der
Modifikation zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das noch ein anderes Beispiel des Heizereinbaus gemäß der
Modifikation zeigt; und
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9 ist
ein Diagramm, das den schematischen Aufbau der Brennstoffzelle zeigt.
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BESTE WEISE ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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A. VORLIEGENDES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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1 ist
ein Diagramm, das den Aufbau der Hauptteile eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist ein Brennstoffzellensystem angenommen,
das an einem Fahrzeug, wie einem Brennstoffzellenauto (FCHV), einem
Elektroauto oder einem Hybridauto, anzubringen ist, die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht nur auf das Fahrzeug, sondern auch auf
einen beliebigen Typ eines beweglichen Körpers (z. B. ein
Schiff, ein Flugzeug, einen Roboter oder dergleichen) und eine stationäre
Leistungsquelle anwendbar.
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Eine
Brennstoffzelle 40 ist eine Einrichtung zum Erzeugen einer
Leistung aus einem zugeführten Reaktionsgas (einem Brennstoffgas
und einem oxidierenden Gas) und hat eine Stapelstruktur, bei der eine
Mehrzahl von Einheitszellen 400 – k (1 ≤ k ≤ n), die
jeweils eine Membran-/Elektroden-Anordnung und dergleichen aufweisen,
in Reihe geschichtet ist. Genauer gesagt, es können verschiedene
Typen von Brennstoffzellen, wie ein Festpolymertyp, ein Phosphorsäuretyp
und ein Schmelzkarbonattyp, verwendet sein.
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Eine
Brennstoffgaszufuhrquelle 30 ist eine Einrichtung zum Zuführen
eines Brennstoffgases, wie eines Wasserstoffgases, zu der Brennstoffzelle 40 und
ist aus beispielsweise einem Hochdruck-Wasserstofftank, einem Wasserstoff-Speichertank
oder dergleichen gebildet. Ein Brennstoffgaszufuhrweg 21 ist
ein Gaskanal zum Leiten des Brennstoffgases, das aus der Brennstoffgaszufuhrquelle 30 entladen wird,
zu einem Anodenpol der Brennstoffzelle 40. Von der Stromaufwärtsseite
des Gaskanals zu der Stromabwärtsseite desselben sind Ventile,
wie ein Tankventil H1, ein Wasserstoffzufuhrventil H2 und ein BZ-Einlassventil
H3, angeordnet. Das Tankventil H1, das Wasserstoffzufuhrventil H2
und das BZ-Einlassventil H3 sind Absperrventile zum Zuführen
(oder Blockieren) des Brennstoffgases zu dem Brennstoffgaszufuhrweg 21 und
der Brennstoffzelle 40 und sind aus beispielsweise elektromagnetischen
Ventilen gebildet.
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Ein
Luftverdichter 60 führt Sauerstoff (das oxidierende
Gas), der einer Außenluft über ein Luftfilter
(nicht gezeigt) entnommen wird, einem Kathodenpol der Brennstoffzelle 40 zu.
Ein Kathodenabgas wird aus einer Kathode der Brennstoffzelle 40 entladen.
Das Kathodenabgas weist ein Sauerstoffabgas, das der Zellenreaktion
der Brennstoffzelle 40 unterworfen wurde, und dergleichen
auf. Dieses Kathodenabgas enthält einen Wassergehalt, der
durch die Zellenreaktion der Brennstoffzelle 40 gebildet
wird, und hat folglich einen höchst nassen Zustand.
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Ein
Befeuchtungsmodul 70 führt einen Wassergehaltaustausch
zwischen einem wenig nassen oxidierenden Gas, das durch einen Zufuhrweg 11 für ein
oxidierendes Gas fließt, und dem höchst nassen Kathodenabgas,
das durch einen Kathodenabgaskanal 12 fließt,
durch, um das oxidierende Gas, das der Brennstoffzelle 40 zuzuführen
ist, angemessen zu befeuchten. Der Gegendruck des der Brennstoffzelle 40 zuzuführenden
oxidierenden Gases wird durch ein Druckanpassungsventil A1 angepasst,
das um einen Kathodenauslass des Kathodenabgaskanals 12 angeordnet
ist.
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Der
Druck eines Teils einer Gleichstromleistung, die in der Brennstoffzelle 40 erzeugt
wird, wird durch einen Gleichstromwandler 130 gesenkt,
um eine Batterie 140 zu laden.
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Die
Batterie 140 ist eine ladbare/entladbare Sekundärzelle
und ist aus einem beliebigen Typ einer Sekundärzelle (z.
B. einer Nickel-Wasserstoff-Batterie oder dergleichen) gebildet.
Es versteht sich von selbst, dass anstatt der Batterie 140 eine
andere ladbare/entladbare Leistungsspeichereinheit als die Sekundärzelle,
beispielsweise ein Kondensator, verwendet sein kann.
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Ein
Traktionswechselrichter 110 und ein Zusatzvorrichtungswechselrichter 120 sind PWM-Wechselrichter
eines Pulsbreitenmodulationssystems und wandeln eine Gleichstromleistung,
die von der Brennstoffzelle 40 oder der Batterie 140 ausgegeben wird,
gemäß einer gegebenen Steuerungsanweisung in eine
Dreiphasen-Wechselstromleistung um, um die Leistung einem Traktionsmotor
M3 und einem Zusatzvorrichtungsmotor M4 zuzuführen.
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Der
Traktionsmotor M3 ist ein Motor zum Antreiben von Rädern 150L, 150R,
und der Zusatzvorrichtungsmotor M4 ist ein Motor zum Antreiben verschiedener
Zusatzvorrichtungen. Es sei bemerkt, dass der Zusatzvorrichtungsmotor
M4 im Allgemeinen einen Motor M2, der den Luftverdichter 60 antreibt,
einen Motor M1, der eine Kühlwasserpumpe 220 antreibt,
und dergleichen aufweist.
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Ein
Kühlsystem 200 lässt Frostschutzkühlwasser
(ein Wärmeübertragungsmedium) oder dergleichen
durch die Brennstoffzelle 40 zirkulieren, um die Temperatur
der Zellen 400 – k zu steuern, und weist einen Kühlwasserzirkulationsweg 210 zum
Zirkulieren des Kühlwassers durch die Brennstoffzelle 40,
die Kühlwasserpumpe 220 zum Anpassen der Flussrate
des Kühlwassers und einen Strahlkörper 230 zum
Kühlen des Kühlwassers auf. Das Kühlwasser,
das durch die Zellen 400 – k zirkuliert, führt
einen Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und der Außenluft
in dem Strahlkörper 230 durch und wird gekühlt.
Das Kühlsystem 200 ist außerdem mit einem Umgehungskanal 240 versehen,
der dem Kühlwasser erlaubt, den Strahlkörper 230 zu
umgehen. Ein Flussratenverhältnis zwischen der Flussrate
des Kühlwassers, das durch den Strahlkörper 230 geht, und
der Umgehungsflussrate des Kühlwassers, das den Strahlkörper 230 umgeht,
wird durch Anpassen des Öffnungsgrads eines Drehventils 250 zu
einem gewünschten Wert gesteuert.
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Eine
Steuerungsvorrichtung 160 ist aus einer CPU, einem ROM,
einem RAM und dergleichen gebildet und steuert basierend auf eingegebenen
Sensorsignalen Systemabschnitte zentral. Genauer gesagt, die Steuerungsvorrichtung
steuert die Ausgangspulsbreiten und dergleichen der Wechselrichter 110, 120 basierend
auf den Sensorsignalen, die von einem Gaspedalsensor s1, der einen
Gaspedalöffnungsgrad erfasst, einem SOC-Sensor s2, der
den Ladezustand (engl.: state of charge; SOC) der Batterie 140 erfasst,
einem T/C-Motor-Drehungszahlerfassungssensor s3, der die Drehungszahl
des Traktionsmotors M3 erfasst, und einem Spannungssensor s4, einem
Stromsensor s5 und einem Temperatursensor s6, die die Ausgangsspannung,
den Ausgangsstrom bzw. die Innentemperatur der Brennstoffzelle 40 erfassen,
und dergleichen eingegeben werden.
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Die
Steuerungsvorrichtung (die Zirkulationssteuerungseinrichtung) 160 passt
außerdem die Flussrate des Kühlwassers, das durch
den Kühlwasserzirkulationsweg 210 zirkulieren
soll, basierend auf der Temperatur der Brennstoffzelle 40 während
eines Systemstarts, die durch den Temperatursensor s6 erfasst wird,
an (Details werden im Folgenden beschrieben).
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2 ist
ein Diagramm, das die Temperaturverteilung der Brennstoffzelle zeigt.
Der Temperaturgradient der Zelle während eines Niedrigtemperaturstarts
ist durch eine durchgezogene Linie gezeigt, und der Temperaturgradient
der Zelle während eines üblichen Betriebs nach
der Beendigung eines Aufwärmens ist durch eine gestrichelte
Linie gezeigt. Die Abszisse zeigt eine Zellenzahl (n = 200) an,
und die Ordinate zeigt die Temperatur an.
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Wie
in 2 gezeigt, ist in einem Zustand eines üblichen
Betriebs nach der Beendigung des Aufwärmens die Temperatur
jeder Zelle im Wesentlichen konstant, wohingegen in einem Aufwärmbetriebszustand
während des Niedrigtemperaturstarts (siehe die Absätze,
die sich mit dem durch die Erfindung zu lösenden Problem
befassen) der Temperaturanstieg von Endzellen, verglichen mit dem
Temperaturanstieg von mittleren Zellen, verzögert wird.
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3 ist
ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristiken
(auf die im Folgenden als die IV-Charakteristiken Bezug genommen
ist) der Brennstoffzelle von der Temperatur zeigt, und es sind die
IV-Charakteristiken bei 60°C, 40°C, 20°C
bzw. –10°C gezeigt.
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Wie
in 3 gezeigt, haben die IV-Charakteristiken die Abhängigkeit
von der Temperatur. Wenn die Temperatur sinkt, verschlechtern sich
die IV-Charakteristiken.
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Die
Zellen, die die Brennstoffzelle 40 bilden, sind hier in
Reihe geschaltet, so dass der gleiche Strom (z. B. ein Strom It,
der in 3 gezeigt ist) durch alle Zellen fließt.
In 4 sind Zellenspannungen bei den Temperaturen bei
einem Fall, bei dem der Strom It fließt, in einer Zeitrehe
grafisch dargestellt. Wie in 4 gezeigt,
verringert sich die Zellenspannung, wenn die Temperatur sinkt (sich
die IV-Charakteristiken verschlechtern). Als extreme Beispiele zeigen 3 und 4 die
IV-Charakteristiken und die Zellenspannung bei –10°C.
Wenn die Zelle, die solche Charakteristiken hat, in der Brennstoffzelle 40 anwesend
ist, wird die Zellenspannung ein Gegenpotential, das eine Gegenmaßnahme,
wie eine Strombegrenzung oder einen Systemstopp, erfordert. Angesichts
einer solchen Situation wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Temperaturschwankung zwischen den Zellen während des Niedrigtemperaturstarts
unterdrückt, um eine Zellenspannungsschwankung zu unterdrücken.
Ein spezifisches Verfahren zum Unterdrücken der Temperaturschwankung
zwischen den Zellen wird im Folgenden beschrieben.
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5 ist
ein Diagramm, das ein Verarbeiten zeigt, das durch die Steuerungsvorrichtung 160 während
des Systemstarts auszuführen ist.
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Wenn
ein Zündschlüssel eingeschaltet wird und die Steuerungsvorrichtung 160 von
einem Betriebsabschnitt einen Systemstartbefehl empfängt, nimmt
die Steuerungsvorrichtung eine Temperatur Ts der Brennstoffzelle 40,
die durch den Temperatursensor s6 erfasst wird, auf (Schritt S1).
Es sei bemerkt, dass anstatt der Temperatur Ts der Brennstoffzelle 40 eine
Außenlufttemperatur oder eine Kühlwassertemperatur
(eine Temperatur, die die Brennstoffzelle betrifft) verwendet werden
kann.
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Die
Steuerungsvorrichtung 160 (die Entscheidungseinrichtung)
entscheidet basierend auf dem Erfassungsresultat der Temperatur
Ts der Brennstoffzelle 40, ob der Niedrigtemperaturstart oder
der übliche Start durchzuführen ist. Dies wird detailliert
beschrieben. Wenn die Temperatur Ts der Brennstoffzelle 40 während
des Systemstarts eine voreingestellte Bezugstemperatur Tth überschreitet (Schritt
S2; NEIN), schreitet die Steuerungsvorrichtung 160 zu einem
Schritt S6 fort, um ein übliches Startverarbeiten durchzuführen.
Wenn andererseits die Temperatur Ts der Brennstoffzelle 40 während des
Systemstarts die voreingestellte Bezugstemperatur Tth oder weniger
ist (Schritt S2; JA), entscheidet die Steuerungsvorrichtung, dass
der Niedrigtemperaturstart durchgeführt werden sollte,
und schreitet zu einem Schritt S3 fort. Beispiele der Bezugstemperatur
Tth umfassen eine Temperatur, die niedriger als eine gewöhnliche
Temperatur ist, eine Temperatur um 0 Grad und eine Temperatur unter
dem Gefrierpunkt, die Temperatur wird jedoch beliebig eingestellt.
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Bei
dem Schritt S3 nimmt die Steuerungsvorrichtung 160 auf
eine in einem Speicher gespeicherte Wasserdurchgangssteuerungsabbildung
MP für den Niedrigtemperaturstart Bezug und passt die Flussrate
des Kühlwassers, das durch das Kühlsystem zirkulieren
soll, an. In dieser Wasserdurchgangssteuerungsabbildung MP für
den Niedrigtemperaturstart sind die Menge des Kühlwassers,
die durchgehen soll, und die Drehungszahl der Kühlwasserpumpe 220 einander
zugeordnet und registriert. Eine Menge W1 des Wassers, die während
des Niedrigtemperaturstarts durchgehen soll, ist auf einen Wert
eingestellt, der größer als eine Menge Wh (< W1) des Wassers
ist, die während des üblichen Starts durchgehen soll.
Es sei bemerkt, dass die maximale durch das System erlaubte Menge
des Wassers, die durchgehen soll, als die Menge des Wassers, die
während des Niedrigtemperaturstarts durchgehen soll, eingestellt
sein kann, es gibt jedoch keine spezielle Beschränkung
des Werts der Menge des Wassers, die durchgehen soll, solange die
Temperaturschwankung zwischen den Zellen unterdrückt werden
kann. Es versteht sich von selbst, dass nicht nur die Menge des
Wassers, die durchgehen soll, sondern auch die Flussgeschwindigkeit
und der Druck gesteuert werden können. Ferner ist nicht
beabsichtigt, dass die Menge des Wassers, die durchgehen soll, auf
eine konstante Menge begrenzt ist, und die Menge kann gemäß der
Temperatur, der Ausgangsspannung oder dergleichen der Brennstoffzelle 40 angemessen
geändert werden.
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Wenn
die Wasserdurchgangssteuerung des Kühlwassers unter Verwendung
einer Wasserdurchgangssteuerungsabbildung MP für den Niedrigtemperaturstart
gestartet wird, startet die Steuerungsvorrichtung 160 das
Aufwärmen der Brennstoffzelle 40 durch wirksames
Verwenden einer Selbstwärmeerzeugung, die eine Leistungserzeugung begleitet (Schritt
S4). Genauer gesagt, die Brennstoffzelle 40 wird in einem
Zustand mit einem Mangel an oxidierendem Gas betrieben (ein Niedrigeffizienzbetrieb), um
die Brennstoffzelle 40 effizient aufzuwärmen.
Die Steuerungsvorrichtung 160 schreitet zu einem Schritt S5
fort, um die Temperatur Ts der Brennstoffzelle 40, die
durch den Temperatursensor s6 erfasst wird, aufzunehmen und zu entscheiden,
ob die Temperatur eine eingestellte Zieltemperatur To erreicht hat
oder nicht. Bei einem Fall, bei dem entschieden wird, dass die Temperatur
die Zieltemperatur To noch nicht erreicht hat, kehrt die Steuerungsvorrichtung
zu dem Schritt S3 zurück, um die vorhergehende Reihe eines Verarbeitens
wiederholt auszuführen. Andererseits wird bei einem Fall,
bei dem entschieden wird, dass die Temperatur die Zieltemperatur
To erreicht hat, der Aufwärmbetrieb beendet, um den üblichen
Betrieb zu starten.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben, ist gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Menge des Kühlwassers,
die während des Niedrigtemperaturstarts durchgehen soll,
ist auf eine Menge eingestellt, die größer als
die Menge des Kühlwassers ist, die während des üblichen
Starts durchgehen soll. Daher kann, selbst wenn der Aufwärmbetrieb durchgeführt
wird, die Temperaturschwankung zwischen den Zellen unterdrückt
werden, und in der gesamten Brennstoffzelle können homogene
Temperaturanstiegscharakteristiken erhalten werden. Es sei bemerkt,
dass selbstverständlich die Zeit nicht auf die Startzeit
begrenzt ist, solange ein Betrieb (ein Niedrigtemperaturbetrieb)
bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird.
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B. MODIFIKATION
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- (1) Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist
der Umgehungskanal 240, der dem Kühlwasser erlaubt,
den Strahlkörper 230 zu umgehen, vorgesehen, und
das Flussratenverhältnis zwischen der Flussrate des Kühlwassers,
das durch den Strahlkörper 230 durchgehen soll,
und der Umgehungsflussrate des Kühlwassers, dem erlaubt
wird, den Strahlkörper 230 zu umgehen, wird gesteuert,
um die Wärmeabstrahlung des Strahlkörpers 230 zu
regulieren. Es kann jedoch das Antreiben eines Kühlventilators
gesteuert werden, um die Wärmeabstrahlung des Strahlkörpers 230 zu
regulieren.
- (2) Außerdem wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Menge des Wassers, die durchgehen soll, gesteuert, um die Temperaturschwankung
zwischen den Zellen zu steuern. Zusätzlich zu (oder anstatt)
dieser Steuerung kann jedoch die Temperatur des Kühlwassers
oder dergleichen gesteuert werden, um einen homogenen Temperaturanstieg
in einer kurzen Zeit zu realisieren. Genauer gesagt, es können,
wie in 6 gezeigt, Heizer 190 zum Heizen an den
Enden der Brennstoffzelle 40 eingebaut sein, um die Temperaturen
der Endzellen zu steuern, wodurch die Verzögerung des Temperaturanstiegs
der Endzellen verhindert wird. Außerdem kann ein Umgehungskanal 240 (siehe 7)
eingebaut sein, oder es kann ein Heizer 190 entlang einem
Kühlwasserzirkulationsweg 210 eingebaut sein (siehe 8),
um die Temperatur des Kühlwassers zu steuern, wodurch die
Temperaturschwankung zwischen den Zellen unterdrückt wird.
Es sei bemerkt, dass, wenn der Heizer 190 entlang dem Umgehungskanal 240 eingebaut
ist, ein Druckverlust während eines üblichen Kühlens
(zu einer Zeit, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht gesteuert
wird) verringert werden kann.
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Zusammenfassung
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Temperatursteuerungssystem
für eine Brennstoffzelle
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Es
ist ein Temperatursteuerungssystem geschaffen, das eine Zellenspannungsschwankung selbst
bei dem Fall eines Startens in einer Niedrigtemperaturumgebung unterdrücken
kann. Das Temperatursteuerungssystem für eine Brennstoffzelle
gemäß der vorliegenden Erfindung lässt
ein Wärmeübertragungsmedium durch die Brennstoffzelle
zirkulieren, um die Temperatur der Brennstoffzelle zu steuern. Das
System ist durch Aufweisen einer Zirkulationssteuerungseinrichtung
zum Zirkulieren des Wärmeübertragungsmediums,
das eine größere Flussrate als dieselbe für
einen normalen Betrieb hat, durch die Brennstoffzelle während
eines Niedrigtemperaturbetriebs gekennzeichnet. Gemäß einem
solchen Aufbau ist die Flussrate des Wärmeübertragungsmediums
(Kühlwasser oder dergleichen) für einen Niedrigtemperaturstart
auf eine Flussrate eingestellt, die größer als
dieselbe des Wärmeübertragungsmediums für
einen normalen Start ist, so dass selbst bei dem Fall eines Aufwärmens
für den Niedrigtemperaturstart eine Temperaturschwankung
zwischen Zellen unterdrückt werden kann und als ein Resultat
die Zellenspannungsschwankung unterdrückt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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