(57)【要約】  本発明は、燃料電池システムの作動方法であって、始動段階における燃料電池への燃料の供給不足を防止するために、必要な電力を発生させるのに要する量に対応する量よりも多い量の燃料が燃料電池システムのアノードに供給される方法に関する。このようにして、始動時に、燃料電池システムへの燃料の量が、燃料電池システムに貯蔵されている燃料の量を考慮して供給された場合に、燃料電池への燃料の供給不足を回避して、燃料電池システムの始動期間を短縮することができる。
2008508666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動段階における燃料電池への燃料の供給不足を防止するために、能動的な電力供給要求を満たすのに通常必要であるよりも多い量の燃料が前記燃料電池システムのアノードに供給される燃料電池システムの作動方法において、
始動時に、前記燃料が、前記燃料電池に残存する燃料の含有量を考慮した量において決定され、前記燃料電池システムに供給されることを特徴とする燃料電池システムの作動方法。
【請求項２】
前記残存する燃料の含有量が、前記燃料電池の電極間電圧を測定することによって決定されることを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
【請求項３】
前記燃料電池システムの始動時に、前記残存する燃料の含有量に応じて少量の燃料が、所定の期間供給されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の作動方法。
【請求項４】
前記供給動作が、前記燃料電池の冷却水温度に基づいて行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作動方法。
【請求項５】
前記燃料電池の電圧の時間特性が測定され、前記燃料が、前記時間特性に基づいて供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載の燃料電池システムの作動方法に関する。
【０００２】
この燃料電池システムが、ガス発生システム又は水素貯蔵装置（例えば圧力タンク）を有する燃料電池システムである場合、始動段階において、つまり、システム全体がその作動温度に到達する前に、特定の作動状態が生じることが知られている。このようにして、例えば、燃料電池システムの通常作動中よりもはるかに低いシステム圧力で、始動段階の作動が頻繁に行われる。このように要求される圧力の発生が行われることを保証するために、燃料電池の必要な電力を発生させるのに十分な量の水素又は水素含有ガスが燃料電池に供給されないことを、少なくとも暫定期間しばしば認めなければならない。不足している電力は、例えば、バッテリ等の中間貯蔵装置から供給できる。このために、燃料電池システムが装備された車両に、例えば、補助バッテリを装備する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１は、燃料電池システムのコールドスタート段階を改善するため、つまり、燃料電池システムで圧力の発生をできるだけ迅速かつ簡単に実現することによって、燃料電池への供給不足が生じている期間を短縮する方法を記載している。コールドスタート段階が終了すると、能動的な電力供給要求を満たすのに通常必要であるよりも多い量の燃料が燃料電池システムのシステム室内に供給される。
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１４０６０２Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、燃料電池への燃料の供給不足を回避する工程で使用すべき燃料を少量で済ませることを可能にし、燃料電池システムの始動期間を短縮することを可能にする燃料電池システムの作動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴によって達成される。
【０００７】
本発明による方法では、燃料電池システムの始動時に、燃料電池に残存する燃料の含有量を考慮した量が決定され、燃料が燃料電池システムに供給される。始動段階において、燃料電池への燃料の供給不足を防止するために、能動的な電力供給要求を満たすのに通常必要であるよりも多い量の燃料が、燃料電池システムのアノードに供給された場合、燃料電池に残存している燃料の含有量だけ、実際に供給される燃料量を低減し得る。燃料としては、水素又は水素リッチガスが用いられることが好ましい。さらに、再始動の際には、燃料電池システムの始動段階を短縮することが可能である。当初電流が引き出されている場合には燃料電池システムが典型的に作動され、電流が引き出されていない場合には燃料電池システムが停止される燃料電池車両では、本発明による方法により、始動動作・停止動作に関する有利な作動方法の実施が可能になる。したがって、燃料電池システムの始動又は再始動時に、少量の燃料が放出されるだけなので、概して、燃料消費量は、作動段階で、例えば始動動作・停止動作の際に有利に低減され、その他の点において性能データが同様の場合、燃料電池車両の走行範囲がより延長できる。
【０００８】
発明の詳細な説明並びに別の請求項により、本発明の有利な実施形態及び利点を理解することが可能である。
【０００９】
残存している燃料の含有量が、燃料電池の電極間の電圧を確認することによって決定された場合、利用可能かつ必要な燃料量の正確かつ簡単な推定を行い得る。燃料としては、水素又は水素リッチガスが用いられることが好ましい。燃料電池の作動中に、燃料電池には水素が所定量供給され、その水素は、燃料電池が停止された後にある量がゆっくり減少するので、燃料電池が停止されると、その燃料電池は時間の経過と共に、残存する水素の含有量に比例して電圧が低下する。
【００１０】
燃料電池システムの始動時に、残存している燃料の含有量に基づいて、少量の燃料が所定の期間供給されることが好ましい。これによって、燃料は周囲に無駄に放出されなくなる。過剰な燃料が加えられた場合、燃料電池に貯蔵されている含有量を考慮しつつ、より短い期間内で始動を行うことが可能である。したがって、始動段階を有利に短縮し得る。
【００１１】
燃料電池システムがアノードガス再循環装置（アノードループ）を有する場合、充填される燃料の量は、アノードループから再循環されるアノードガスから構成することが可能である。能動的又は受動的な作動として、供給を行い得る。供給が能動的な作動として行われた場合、例えばポンプを使用することが可能であり、すなわち、残留電圧の大きさが大きい場合には、それに比例して減少されたポンプ供給速度で、ポンプが作動され、残留電圧の大きさが小さい場合には、それに比例して増加されたポンプ供給速度で、ポンプが作動される。このことにより、燃料電池システムの効率が向上する。
【００１２】
水素の供給動作は、燃料電池の冷却水温度に基づいて行われると好ましい。
【００１３】
好ましい一実施形態により、燃料電池システムが作動又は再作動された場合に、燃料電池の残留電圧の時間特性を燃料電池システムの停止まで連続的に計測して、燃料電池の残留電圧の時間特性に基づき、燃料を供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
典型的な実施形態を参照して、本発明について以下により詳細に説明する。本明細書及び特許請求の範囲は種々の組み合わせの多数の特徴を含む。当業者にとっては、これらの特徴を個別に考慮すること、さらには、他の有用な組み合わせを考慮することができるであろう。
【００１５】
図は、停止された燃料電池システムにおいて、再始動する際に使用される過剰な燃料との関係を有する燃料電池の残留電圧と、経過時間との関係を示す特性曲線である。
【００１６】
本発明は、燃料電池車両に使用されることが好ましい。燃料電池システムは、推進力を車両の駆動システムに供給することが可能であるか、あるいはそれに加えて又はその代わりに、燃料電池システムは、車両の駆動システムとは独立して電力消費装置に電力を供給するための補助電源として使用することが可能である。燃料電池システムは、十分な電力を供給できるようにするために直列及び／又は並列に電気的に接続される複数の個々の電池から成る燃料電池を含む。
【００１７】
本図から明らかなように、時点ｔ０では、能動的な電力要求がなく、すなわち、還元剤としての水素及び酸化剤としての酸素を燃料電池に供給することが遮断されているので、燃料電池システムは停止されている。燃料電池の電圧Ｕは、作動電圧Ｕｂから、時間ｔの経過と共に連続して低下する。作動中の燃料電池には水素が充填され、燃料電池が停止されると燃料電池の電圧Ｕの特性曲線は、作動中の燃料電池内に存在する水素によって発生された時間依存の燃料電池残留電圧に対応して変化する。燃料電池が停止された場合、燃料電池はこの水素を再び放出し、時間の経過と共に、燃料電池の残留電圧が低下し、ゼロに向かう。しかし、燃料電池の残留電圧が未だ完全に減衰されていない時点において、燃料電池システムが再び始動された場合、例えば、燃料電池車両の運転者が入力した能動的な電力要求により、燃料電池になお存在している水素を利用することが可能である。燃料電池システムの始動時に、その燃料電池のアノード側が、燃料電池への水素の供給不足を防止するために水素でパージされた場合、アノード側をパージするために、燃料電池に存在する水素量だけ減少される量を用い得る。このようにして、全水素量に対して、少量の水素を供給するだけで済み、このことをより短い期間で達成することが可能である。
【００１８】
したがって、始動段階において、燃料電池システムを作動させるための本発明の方法によれば、燃料電池システムの始動又は再始動時に、燃料電池に貯蔵されている水素の含有量を考慮した量において、燃料が燃料電池システム内に供給される。
【００１９】
停止している燃料電池システムの場合、残存する水素の含有量は、燃料電池にわたって電圧Ｕを確認することによって決定される。燃料電池の残留電圧と燃料電池内の水素量との量的相関関係は、一連の測定及び／又はモデリング処理によって予め決定することが可能であり、作動中に、例えば、制御ユニットのメモリで利用可能である。
【００２０】
従来の方法と比較して、より少量の水素が、燃料電池システムの始動時に、貯蔵されている燃料の含有量に基づいて所定期間供給される。
【００２１】
さらに、燃料、特に水素に関する要求に影響を与える可能性がある他のパラメータが、始動段階においても考慮されることが有利である。例えば、燃料電池の冷却水温度に基づいて、充電動作を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】停止された燃料電池システムにおいて、再始動する際に使用される過剰な燃料との関係を有する燃料電池の残留電圧と、経過時間との関係を示す特性曲線である。
2008508666.tif 000003
【国際調査報告】
2008508666.tif 000004
2008508666.tif 000005
2008508666.tif 000006
2008508666.tif 000007
2008508666.tif 000008
2008508666.tif 000009