(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料電池（２）を有する燃料電池システム（１）であって、
前記燃料電池（２）は、アノード室（３）と、当該アノード室（３）から分離されたカソード室（４）とを有し、
前記燃料電池システム（１）はさらに、
カソードガス源（５）と、
前記カソード室（４）内にカソードガスを供給するための、前記カソードガス源（５）に連通されたガス供給路（６）と、
前記カソード室（４）内から排気を導出するための、前記カソード室（４）に連通された排気路（７）と
を有する、燃料電池システム（１）において、
前記ガス供給路（６）と前記排気路（７）とは、少なくとも１つのガス流調整エレメント（８，９）を介して連通されており、
前記ガス流調整エレメント（８，９）は前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記ガス供給路（６）を前記排気路（７）の方向に開放し、および／または、前記排気路（７）を前記ガス供給路（６）の方向に開放し、
前記ガス供給路（６）に、前記カソードガスの質量流量を介して当該カソードガスの酸素含有率を求めるために、少なくとも１つのエアマスフローセンサ（１１）が配置されており、
前記ガス供給路（６）にラムダセンサ（１２）が配置されており、
前記ラムダセンサ（１２）は、前記排気路（７）を前記ガス供給路（６）に連通させるガス流調整エレメント（８）と、前記燃料電池（２）との間に配置されている、
ことを特徴とする燃料電池システム（１）。
【請求項２】
少なくとも２つの前記ガス流調整エレメント（８，９）が、前記排気路（７）と前記ガス供給路（６）とを連通し、
１つの前記ガス流調整エレメント（８）を介して、前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記排気を前記ガス供給路（６）の方向に送ることが可能であり、
他の前記ガス流調整エレメント（９）を介して、前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記カソードガスを前記排気路（７）の方向に送ることが可能である、
請求項１記載の燃料電池システム（１）。
【請求項３】
前記カソードガスの質量流量は、前記ガス供給路（６）に連通された圧縮機（１０）によって調整可能である、
請求項１または２記載の燃料電池システム（１）。
【請求項４】
燃料電池システム（１）を介して、燃料電池（２）を動作させる方法であって、
前記燃料電池（２）は、アノード室（３）と、当該アノード室（３）から分離されたカソード室（４）とを有し、
前記燃料電池システム（１）は、
カソードガス源（５）と、
前記カソード室（４）内にカソードガスを供給するための、前記カソードガス源（５）に連通されたガス供給路（６）と、
前記カソード室（４）内から排気を導出するための、前記カソード室（４）に連通された排気路（７）と
を有し、
前記ガス供給路（６）と前記排気路（７）とは、少なくとも１つのガス流調整エレメント（８，９）を介して連通されており、
前記ガス流調整エレメント（８，９）は前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記ガス供給路（６）を前記排気路（７）の方向に開放し、および／または、前記排気路（７）を前記ガス供給路（６）の方向に開放する、
方法において、
ａ）前記燃料電池（２）の始動を行うステップと、
ｂ）前記ガス流調整エレメント（８）を介して排気を前記ガス供給路（６）内に供給することにより、
および／または、
前記ガス流調整エレメント（９）を介して前記カソードガスを前記排気路（７）内に導出することにより、
および／または、
前記ガス供給路（６）に連通された圧縮機（１０）の回転数低下によって前記カソードガスの質量流量を低減することにより、
前記カソードガスの欠乏化を行うことによって、前記燃料電池（２）に生じる電圧を制限するステップと、
ｃ）前記燃料電池（２）を高電圧車載電気系統１４に接続する主接触器（１３）を投入するステップと、
ｄ）前記燃料電池（２）にて生じる電圧の制限を停止するステップと
を有し、
前記ガス供給路（６）に、前記カソードガスの質量流量を介して当該カソードガスの酸素含有率を求めるために、少なくとも１つのエアマスフローセンサ（１１）が配置されており、
前記ガス供給路（６）にラムダセンサ（１２）が配置されており、
前記ラムダセンサ（１２）は、前記排気路（７）を前記ガス供給路（６）に連通させるガス流調整エレメント（８）と、前記燃料電池（２）との間に配置されており、
前記ガス供給路（６）に排気を供給する際、前記カソード室（４）内への前記カソードガスの供給部より上流にて前記ラムダセンサ（１２）を介して、当該カソードガスの酸素含有率を測定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
少なくとも２つの前記ガス流調整エレメント（８，９）が、前記排気路（７）と前記ガス供給路（６）とを連通しており、
１つの前記ガス流調整エレメント（８）を介して、前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記排気を前記ガス供給路（６）の方向に送ることが可能であり、
他の前記ガス流調整エレメント（９）を介して、前記燃料電池（２）の動作状態に依存して、前記カソードガスを前記排気路（７）の方向に送ることが可能である、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記カソードガスの質量流量は、前記ガス供給路（６）に連通された圧縮機（１０）によって調整可能である、
請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記燃料電池（２）の始動は、氷点下での始動である、
請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、少なくとも１つの燃料電池を含む燃料電池システムに関し、当該燃料電池は、アノード室と、当該アノード室から分離されたカソード室とを有し、当該燃料電池システムはさらに、カソードガス源と、当該カソードガス源に連通されたガス供給路と、前記カソード室に連通された排気路とを含む。本発明はさらに、請求項６に記載の燃料電池システムを用いた燃料電池の動作方法にも関する。
【０００２】
燃料電池は安全上の理由により、燃料電池システムの接触器ないしは主接触器によって高電圧（ＨＶ）系統または高電圧（ＨＶ）車載電気系統から分離されている。運転時に、たとえば燃料電池車の運転時に初めて、接触器が閉成されて燃料電池が車両のＨＶ車載系統に接続される。車両の遮断時すなわち車両のオフ切替時には、主接触器が開放状態に戻され、次の始動プロセスが行われるまで、燃料電池は車両のＨＶ車載系統から分離した状態に戻る。
【０００３】
車両の始動プロセスが行われている間、燃料電池は公知のように、車両のＨＶ車載系統から分離されている。その理由は、従来技術の燃料電池が動作する場合、始動プロセスの終了時には、燃料電池と車載電気系統との間に最大数百Ｖの電圧差が生じうるからである。このような電圧差が生じるのは、いわゆる（氷点下）始動時に最初のステップにおいて、通常動作時にガス流路の凍結が生じるのを阻止するため、燃料電池ないしは燃料電池スタックの加熱が行われるからである。具体的には、燃料電池またはスタックがたとえば４００Ｖの十分な電圧に達すると、通常は、車載電気系統および燃料電池が損傷するのを回避するため、専用の接触器を有するプリチャージ抵抗が用いられる。かかる構成により、比較的高抵抗のこのプリチャージ抵抗に僅かな電流が流れる。
【０００４】
専用の接触器を有するプリチャージ抵抗は、燃料電池ないしは燃料電池スタックに後置接続されたＤＣ／ＤＣコンバータに組み込まれるか、またはディスクリート部品から構成されることが知られている。専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗をＤＣ／ＤＣコンバータに組み込むのに必要な構成要素または各ディスクリート部品は、高電圧（ＨＶ）域にて使用されるものなので、これらは、燃料電池システムのシステムコストに決定的な影響を及ぼす要因となる。その上、専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を実現するための上述の構成要素のスペースは大きい。
【０００５】
従来技術
燃料電池システムに設けられる専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗は、たとえば特開２００５−２９５６９７号公報から公知である。同刊行物に記載のプリチャージ抵抗の機能は、燃料電池電圧を車載電気系統電圧に合わせて整合することである。プリチャージ抵抗を介して車載電気系統と燃料電池ないしはスタックとの電圧整合が完了すると、主接触器が閉成され、燃料電池を車載電気系統に接続する主経路に電流が流れる。すると、プリチャージ抵抗の接触器が開放し、このステップが完了すると、燃料電池の始動プロセスが完了する。
【０００６】
独国特許出願公開第１０１２７８９２号明細書に、燃料電池を備えた車両用の始動制御装置が記載されている。燃料電池の始動プロセスを行う際には、電流制限器を備えた回路が使用される。この回路は、燃料電池と、エネルギー蓄積ユニットを有する負荷系統との直接接続を阻止するものである。このことはとりわけ、燃料電池の出力電圧とエネルギー蓄積ユニットの電圧との差が所定の電圧差に達するまでの間、当該電流制限装置によって行われる。独国特許出願公開第１０１２７８９２号明細書には、このことによって、燃料電池からエネルギー蓄積ユニットへ高電流が到達するのが阻止されることが記載されている。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００９０２３８８２号明細書に、燃料電池システムの始動確実性を改善するためのシステムおよび方法が記載されている。同刊行物では、燃料電池スタックの高周波抵抗測定部を設け、その測定結果に基づき、当該燃料電池スタックの膜の乾燥を防止するための１つまたは複数の対応措置を行う構成となっている。この対応措置のうち１つは、燃料電池スタックのカソード側へ流れる空気流の制限とすることができる。この空気流の制限により、カソードの空気が膜に及ぼす乾燥作用が低減する結果となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、従来技術にて指摘されている欠点の少なくとも一部を解消することである。さらに、本発明は特に、対応した専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を削減することにより、燃料電池システムのコストを削減してその小型化を実現することも課題とする。また本発明の課題は、始動プロセスの終了時に空気供給の欠乏化を、特にカソード空気の欠乏化を行う動作形式ないしはその動作を実現できる燃料電池システムを実現することでもある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、請求項１の上位概念に記載の燃料電池システムを背景として、請求項１の特徴的構成を採用することにより解決される。また前記課題は、請求項６の上位概念に記載の方法を背景として、請求項６の特徴的構成要件を採用することによっても解決される。従属請求項に、本発明の有利な実施形態が記載されている。
【００１０】
完全に一般化していうと、本発明の燃料電池システムないしは本発明の燃料電池システムの動作方法では、燃料電池の始動プロセスの終了時にカソード空気の欠乏化を行いながら燃料電池を動作させる。このことによって燃料電池の可能な電流が制限され、これにより、燃料電池の可能な電圧も制限される。
【００１１】
本発明の燃料電池システムに影響を与える技術的思想は、ガス供給路と排気路とが少なくとも１つのガス流調整エレメントを介して連通されており、当該ガス流調整エレメントは、燃料電池の動作状態に依存して当該ガス供給路を排気路の方向に開放し、および／または、排気路をガス供給路の方向に開放することである。前記ガス流調整エレメントを介して排気をガス供給路内に、すなわち排気をカソードガスに混合することにより、ガス供給路内のカソードガスが希薄化し、最終的には、ガス供給路に連通しているカソード室内のカソードガスを希薄化させることができる。このようにカソードガスが希薄化することにより、（氷点下）始動時には、燃料電池の当該（氷点下）始動後の燃料電池の電圧レベルをＨＶ車載電気系統の電圧レベルまで低下させて、当該ＨＶ車載電気系統の電圧レベルにほぼ達したときに主接触器を介して燃料電池をＨＶ車載電気系統に接続するのに効果的に、電流を、ないしは、燃料電池に生じている電圧を効果的に低下させることができる。さらに、カソード室内のカソードガスを欠乏化させるため、当該カソード室に達する前にガス流調整エレメントを介してカソードガスを排気路内に導入することもできる。その際には、ガス流調整エレメント、および、ガス供給路の排気路側のジョイントは、カソード室（４）を避けて空気を迂回させるためのバイパスないしはバイパススロットルバルブの機能を果たす。
【００１２】
排気を用いてカソードガスを希薄化させる場合、および、バイパスを介してカソード室を避けてカソードガスを迂回させる場合のいずれの場合にも、カソード室内のカソードガスを欠乏化させることができ、これにより、燃料電池内の電圧を降下させることができる。
【００１３】
もちろん、カソード室内のカソードガスの欠乏化は、排気によるカソードガスの希薄化と、バイパスを介してカソード室を避けてカソードガス迂回させることとを併用して行うこともできる。
【００１４】
排気路とガス供給路との連通は、上記機能に適合するように２つのガス流調整エレメントを介して行うことができる。その際には、一方のガス流調整エレメントが排気を排気流の方向にガス供給路に連通させ、かつ、他方のガス流調整エレメントが、当該一方のガス流調整エレメントに向かう逆方向に、ガス供給路をガス流の方向に排気路と連通させる。
【００１５】
もちろん、本発明の燃料電池システムをさらに小型化すべく、ガス流調整エレメントが双方向に開放するように、すなわち、排気をガス供給路内へ導入し、かつ、カソードガスを排気路内に導入するように、ガス流調整エレメントを構成することも可能である。
【００１６】
本発明の燃料電池システムにおいて動作する燃料電池は、１つの燃料電池セルを含むものとすることができ、または、燃料電池スタックを含むものとすることも可能である。以下、燃料電池システムにおいて動作する燃料電池セルが１つである場合について本発明を説明するが、この場合に限定されることはない。前記燃料電池は、アノードを含むアノード室と、カソードを含むカソード室とを有し、これらはたとえば適切な電解質膜によって互いに仕切られている。
【００１７】
燃料電池の動作状態とは本発明では、始動時の燃料電池の動作、すなわち、特に燃料電池の（氷点下）始動時の動作と、始動後の燃料電池の動作、すなわち、ＨＶ電気系統による動作中の、または、たとえば車両等のＨＶ車載電気系統による動作中の燃料電池の動作を指す。前記車両は特に自動車等である。
【００１８】
本発明における「ガス流調整エレメント」は、特に、ガスないしは排気を調整するためのエレメント、ないしは、排気をガス流中に送るための、もしくは、ガスを排気流中に送るためのエレメントとすることができる。ガス流調整エレメントを介して排気をカソードガスのためのガス供給路内へ空気分流が行われる場合、カソードガスは排気ないしは燃料電池排気によって希薄化する。その際には、このガス流エレメントは排気還流スロットルバルブないしは排ガス還流スロットルバルブの機能を果たす。
【００１９】
本発明における「カソードガス源」は、特に、通常使用時にはカソードに導入されるガスであって、燃料電池の動作中にカソード室内にて進行する反応を考慮しながらカソード内からないしはカソード室内から導出されるガスの供給源とすることができる。特にカソードガス源は、燃料電池システムの周辺の空気とすることができる。通常、前記カソードガスは周辺空気中の酸素である。
【００２０】
カソードガス源は好適には、カソードガスをカソード室内に導入するためのガス供給路に連通されている。このガス供給路はたとえば、適切な管路とすることができ、または、カソード室とのカソードガス源の管継手とすることも可能である。
【００２１】
好適には、特に前記ガス供給路に連通されている圧縮機の回転数の低下により、特に空気圧縮機の回転数の低下により、カソード空気の空気欠乏化を行うことも可能である。有利には、この空気圧縮機はターボ圧縮ユニットであり、このターボ圧縮ユニットは、燃料電池システム内にて前記２つのガス流調整エレメント間に配置される。このターボ圧縮ユニットは本発明では、回転数の絞りによってカソードガスの質量流量を低減するために用いることができる。
【００２２】
特に好適には、酸素含有率を求めるため、つまりカソードガスを求めるため、少なくとも１つのエアマスフローセンサが前記ガス供給路に接続されている。
【００２３】
排気路を排気流の方向にて前記ガス供給路に連通するガス流調整エレメントの他にさらに、少なくとも１つの別のガス流調整エレメントが、前記カソード室からガスを導出するための排気路に連通されている。カソード室内からの排気を燃料電池システムの周辺へ排出するため、前記排気路は当該カソード室に連通されている。
【００２４】
ガス流調整エレメントを介してガス供給路内へ排気還流ないしは排ガス還流を行わない燃料電池システムの場合、または、燃料電池バイパスまたはスタックバイパスを備えていないシステムの場合、前記エアマスフローセンサは有利には、前記圧縮機より上流にてガス供給路に接続されている。この場合、圧縮機はカソード室とエアマスフローセンサとの間に配置される。
【００２５】
排気還流ないしは排ガス還流を行わないシステムの場合、前記エアマスフローセンサは燃料電池より上流に配置され、ガス供給路に接続されている。
【００２６】
排気還流ないしは排ガス還流を行うシステムの場合、エアマスフローセンサは好適には燃料電池より上流にて、ラムダセンサと共に併用されて、ガス供給路に接続されている。
【００２７】
カソード空気の欠乏化によって電圧が制限された後に初めて、燃料電池の接続部が車載電気系統に接続される。つまり好適には、ＨＶ車載電気系統の電圧レベルと燃料電池の電圧レベルとが少なくとも近似的に均衡化したときに、前記接続部と車載電気系統とが接続される。こうするためには、主接触器を投入する。電流はこの時点において、酸素供給量の低減により、ないしはカソードガスの低減ないしは希薄化により、燃料電池の最大電流より大幅に下回る僅かな値まで制限される。このようにして、燃料電池システムおよびＨＶ車載電気系統の電気部品の損傷を簡単に防止することができ、これにより、ＨＶ車載電気系統の耐久性を向上し、特に燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
よって、たとえば専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を組み込むことにより面倒かつ高コストとなる、大きな電圧差を相殺するための回路を回避することができる。
【００２９】
主接触器の投入後は、たとえば車両等の通常動作のための所望の電流が流れるように、電流制限ないしはカソードガス制限を、特に酸素量制限を停止することができる。その際、主接触器の投入は特に、（氷点下）始動プロセスの終了を意味する。
【００３０】
本発明の方法の利点について重複を避けるため、本発明の燃料電池システムの有利な実施形態と、図面と、図面に対応する説明とを参照されたい。全面的にこれらの記載に基づくものである。
【００３１】
有利な実施例
以下、本発明の他の改良形態について、本発明の有利な実施例の説明と共に、図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】プリチャージ抵抗と、これに対応する接触器とを用いずに、燃料電池セルとＨＶ車載電気系統との接続を実現するための、燃料電池システムの空気系統の可能な配置構成を示す図である。
【図２】専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗と主接触器とを介しての燃料電池とＨＶ車載電気系統との接続を示す概略図である。
【図３】プリチャージ抵抗接触器の投入後の燃料電池およびＨＶ車載電気系統の典型的な電圧を示す図である。
【図４】専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を用いない、燃料電池とＨＶ車載電気系統との本発明の接続を示す図である。
【図５】左側は、専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を用いたときの始動フローを示し、右側は、左側に対応する開閉状態を、典型的な電圧値と共に示す図である。
【図６】左側は、専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を用いない本発明の始動フローを示し、右側は、左側に対応する開閉状態を、典型的な電圧値と共に示す図である。
【００３３】
複数の各図において、同一の構成部分には常に同一の符号を付しているので、かかる構成部分については通常、説明も１回のみとする。
【００３４】
図１に、本発明の燃料電池システム１の空気系統の可能な配置構成を示す。この燃料電池システム１は燃料電池２を有し、これは、アノード室３と、スタック冷却部１５によって当該アノード室３から分離されたカソード室４とを有する。カソード室４はガス供給路６を介してカソードガス源５に、本実施例では周辺空気に連通されている。カソード室４はさらに、当該カソード室４内から反応ガスを排出するための排気路７にも連通されている。この排気路７の終端部分、すなわち排気流の終端部分において、排気の絞り調整を行うためのガス流調整エレメントが当該排気路７に連通されている。さらに、排気路７とガス供給路６との間に別のガス流調整エレメント８，９が配置されており、これらの別のガス流調整エレメント８，９は排気路７とガス供給路６とを可調整に連通するものである。ガス流調整エレメント８はここでは、排気路７内の排気によってカソードガスを希薄化するため、当該排気をガス供給路６内に導入する機能を有する。本実施例では、前記ガス流調整エレメント８は排ガス還流スロットルとして機能する。
【００３５】
それに対し、ガス流調整エレメント９はバイパススロットルバルブとして機能し、よって、カソード室４を避けてカソードガスを迂回させる機能を有する。ガス供給路６には圧縮機１０が、ガス流調整エレメント８とガス流調整エレメント９との間に配置されており、この圧縮機１０の回転数を介して、カソードガスの質量流量を調整することができる。特に、圧縮機１０の回転数を低減させることにより、カソードガスの質量流量を低減させることができる。圧縮機１０の領域には、回転数を求めることによって間接的にカソードガスの質量流量を求めるための、かつ、特にカソード流入ガス中の酸素含有率を求めるための回転数測定器１７が配置されている。圧縮機１０より上流においては、通常、粉塵粒子が燃料電池システム１内に到達することがないよう、特に燃料電池２内に到達することがないようにするため、たとえば粉塵粒子を選り分けるためのエアフィルタ１８が、ガス供給路６に配置されている。圧縮機１０より上流には、カソード室４に向かうガス流の方向に、カソード流入ガスの供給量を求めるためのエアマスフローセンサ１１がガス供給路６内に配置されている。通常の型式では、圧縮機１０より下流であって、かつ、ガス流調整エレメント９を介してのカソードガスの可調整の排出部より下流において、カソード室４より上流にて熱交換器１９がガス供給路６に接続されており、この熱交換器１９は同時に加湿器としても機能する。
【００３６】
ガス流方向でみて、熱交換器１９ないしは加湿器の次に別のエアマスフローセンサ１１とラムダセンサ１２とが設けられており、当該別のエアマスフローセンサ１１とラムダセンサ１２とは共に、カソード流入ガスの酸素含有率を特定および測定するために併用され、ないしは、ガス流調整エレメント９を介してガス供給路６内に導入することが可能な排気を用いたその希薄化を測定する。
【００３７】
図２および図３は、従来技術から公知の燃料電池２ないしは公知の燃料電池システム１と、たとえば車両の２００ＶのＨＶ車載電気系統１４との接続を示す図である。燃料電池２の始動プロセスを開始させるためには、つまり燃料電池２の（氷点下）始動時には、燃料電池２を加熱して通常動作中にガス流路の凍結を防止するため、図１に示されているように、主接触器１３を開放した状態で、かつプリチャージ抵抗２０の専用の接触器２１を開放した状態で、本実施例では４００Ｖの電圧に達するまで燃料電池２を始動させる。燃料電池２がこの電圧に達すると、図３に示されているように、専用の接触器２１を有するプリチャージ抵抗２０が閉成される。このようにして、電流がこの高抵抗のプリチャージ抵抗２０に流れ、これにより、ＨＶ車載電気系統１４のほぼ電圧レベルにまで、本実施例ではほぼ２０５Ｖにまで低下する。燃料電池２によって生成された電流が、ＨＶ車載電気系統１４の電圧レベルにほぼ達すると、主接触器１３が閉成され、これにより燃料電池２の（氷点下）始動プロセスが終了する。
【００３８】
図４に、本発明の燃料電池システム１とＨＶ車載電気系統１４との接続を示す。同図から分かるように、本発明の燃料電池システム１は、専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を要しない。ＨＶ車載電気系統１４との接続は、主接触器１３を介しての燃料電池２の（氷点下）始動を終了させるためだけに行われるものであるが、同図では主接触器１３は開放されている。
【００３９】
図５に、専用の接触器を備えたプリチャージ抵抗を用いて行われる、図２および図３に示された燃料電池２とＨＶ車載電気系統１４との接続の始動フローの動作手法を示す。図５中、各ステップの右隣に、プリチャージ抵抗の接触器ないしは主接触器１３の各対応する開閉状態においてＨＶ車載電気系統１４および燃料電池２に印加される典型的な電圧を示す。始動プロセス２２の開始後、たとえば車両のオン切替または始動が行われると、第１のステップ２３において燃料電池２ないしはスタックの加熱が行われる。このとき、燃料電池２は４００Ｖの電圧に達する。これに対し、ＨＶ車載電気系統１４の電圧は２００Ｖである。よって、その電圧差は２００Ｖとなる。燃料電池２の加熱が完了すると、図３にて示されているように、専用の接触器２１を備えたプリチャージ抵抗２０が次のステップ２４において投入され、その高い抵抗により、燃料電池２によって生じる電圧を、より正確にいうと、燃料電池２から出力される電圧を、ＨＶ車載電気系統１４の電圧レベルにまでほぼ低下させる。つまり、本実施例では約２００Ｖにまで、より正確にいうと２０５Ｖにまで低下させる。燃料電池２とＨＶ車載電気系統１４との電圧レベルの整合が終了した後、主接触器１３が次のステップ２５において投入される。その次の、（氷点下）始動の終了２７より前のステップ２６において、プリチャージ抵抗が開放され、これにより燃料電池２およびＨＶ車載電気系統１４から切り離される。
【００４０】
図６に、本発明の燃料電池システム１を用いた、より正確にいうと本発明の燃料電池システム１の電気的配置構成を用いた、すなわち、専用の接触器２１を備えたプリチャージ抵抗２０を用いない電気的配置構成を用いた燃料電池２の始動フローを示す。右側に開閉状態を、典型的な電圧とともに示す。始動プロセス２２．１の開始後、たとえば車両のオン切替または始動が行われると、第１のステップ２３．１において燃料電池２ないしはスタックの加熱が行われる。このとき、燃料電池２は４００Ｖの電圧に達する。これに対し、ＨＶ車載電気系統１４の電圧は２００Ｖである。よって、その電圧差は２００Ｖとなる。燃料電池２の加熱が終了すると、次のステップ２４．１において、燃料電池２により生成される電流が酸素供給の低減により制限される。この酸素の制限はたとえば、図１について既に説明したように、圧縮機１０の回転数の低下によって、バイパスによる空気の分流によって、または、排気による空気の希薄化によって行われる。
【００４１】
カソードにおける酸素量を確実に少なくした後、次のステップ２５．１において主接触器１３が投入される。このように酸素供給が低減したことにより、電流は、最大電流より格段に小さい僅かな値にまで制限される。このようにして、重要な電気的部品の損傷または寿命短縮が防止される。本実施例では、燃料電池２の電圧はＨＶ車載電気系統１４の電圧レベルまで低減される。すなわち、図示のように２００Ｖまで低減される。
【００４２】
主接触器１３が投入された後、その次の、（氷点下）始動２７．１の終了前のステップ２６．１において、通常動作のための所望の電流が流れるように、電流制限ないしは酸素量制限を停止する。
【００４３】
本発明の実施態様は、上記にて挙げた有利な実施例に、ないしは、上記にて挙げた方法に限定されるものではない。むしろ、基本的に異なる実施態様でも開示した解決手段において使用できる形態は数多く存在する。特許請求の範囲、明細書または図面から明らかである、構造上の個別ユニット、空間的配置および方法の各ステップを含めた構成および／または利点は全て、それ自体でも、また種々の組合せでも、本発明の重要な要素になり得る。
【図１】
0006373383.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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