BRPI0921969B1

BRPI0921969B1 - sistema de célula de combustível e método para controlar o mesmo

Info

Publication number: BRPI0921969B1
Authority: BR
Inventors: Ikezoe Keigo; Nakayama Ken; Goto Kenichi; Kumada Mitsunori; Ichikawa Yasushi; Tomita Yousuke
Original assignee: Nissan Motor
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2019-12-10
Also published as: CN102224627A; CA2744304C; WO2010058747A1; EP2357699A1; RU2472256C1; CN102224627B; EP2887436A1; EP2357699A4; US20110274998A1; EP2887436B1; BRPI0921969A2; CN103401007B; US9786931B2; CN103401007A; RU2521471C1; EP2357699B1; CA2744304A1; RU2507644C1; RU2012139070A; US20150288008A1

Abstract

sistema de célula de combustível e método para controlar o mesmo a presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível 100 que inclui: uma célula de combustível 1 que serve para gerar energia elétrica através de uma reação eletroquímica entre um gás oxidante suprido a um eletrodo oxidante 34 e um gás combustível suprido a um eletrodo do combustível 67; um dispositivo de suprimento de gás combustível hs que serve para suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível 67; e um controlador 40 que serve para controlar o dispositivo de suprimento de gás combustível hs com a finalidade de suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível 67, sendo que o controlador 40 é configurado para implementar uma alteração de pressão quando uma saída do lado do eletrodo do combustível 67 estiver fechada, sendo que com base em um primeiro padrão de alteração de pressão que serve para implementar a alteração de pressão em uma primeira largura de pressão ?p1, o controlador 40 altera periodicamente uma pressão do gás combustível no eletrodo do combustível 67.

Description

“SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL E MÉTODO PARA CONTROLAR O MESMO” CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] De modo convencional, tal sistema de célula de combustível é conhecido por ser dotado de uma célula de combustível onde um gás combustível (por exemplo, hidrogênio) é suprido a um eletrodo do combustível e um gás oxidante (por exemplo, ar) é suprido a um eletrodo oxidante, para, desse modo, realizar uma reação eletroquímica desses gases, implementando, assim, uma geração de energia.

[003] Em relação ao sistema de célula de combustível do tipo supramencionado, o nitrogênio incluído no ar é permeado ao lado do eletrodo do combustível, de tal modo que o eletrodo do combustível tenha uma porção com uma alta concentração de nitrogênio, ou seja, uma porção com uma baixa concentração de hidrogênio. A desigualdade gasosa causada desta forma consiste em uma causa para deteriorar os membros incluídos na célula de combustível. Então, a Literatura de Patente 1 descreve um método de alterar as pressões de gás do eletrodo do combustível e do eletrodo oxidante, para, desse modo, purgar a água da célula de combustível e o gás não-reativo acumulado.

LISTA DE CITAÇÃO

[Literatura de Patente] [Literatura de Patente 1] Publicação de Patente Japonesa No. 2007-517369 {JP2007517369(T)} SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[Problema da Técnica] [004] No entanto, em relação ao método descrito na Literatura de Patente 1, uma alteração de pressão com uma largura de pressão relativamente grande é necessária para purgar a água líquida e o gás não-reagido. Desse modo, pode-se aplicar uma grande tensão às membranas de eletrólito incluídas na célula de combustível, causando, assim, uma possibilidade de deteriorar a durabilidade da célula de combustível.

[005] A presente invenção foi concebida tendo em vista as circunstâncias anteriores. Um objetivo da presente invenção consiste em suprimir a desigualdade do gás reativo enquanto suprime a durabilidade de deterioração da célula de combustível.

[006] Além disso, outro objetivo da presente invenção consiste em suprimir a tensão causada os componentes de suprimento de célula de combustível ou gás combustível, para, desse modo, suprimir a deterioração do sistema de célula de combustível.

[Solução ao Problema] [007] Um sistema de célula de combustível de acordo com um aspecto da presente invenção compreende: uma célula de combustível que serve para gerar uma energia causando-se uma reação eletroquímica entre um gás oxidante suprido a um eletrodo oxidante e um gás combustível suprido a um eletrodo do combustível; um dispositivo de suprimento de gás combustível que serve para suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível; e um controlador que serve para controlar o dispositivo de suprimento de gás combustível para, desse modo, suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível, sendo que o controlador é configurado para implementar uma alteração de pressão quando uma saída do lado do eletrodo do combustível estiver fechada, sendo que com base em um primeiro padrão de alteração de pressão para implementar a alteração de pressão em uma primeira largura de pressão, o controlador altera periodicamente uma pressão do gás combustível no eletrodo do combustível.

[008] Um método de controlar um sistema de célula de combustível de acordo com o aspecto da presente invenção compreende: gerar uma energia causando-se uma reação eletroquímica entre um gás oxidante suprido a um eletrodo oxidante e um gás combustível suprido a um eletrodo do combustível; suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível; e controlar a operação de suprimento do gás combustível para, desse modo, suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível, e implementar uma alteração de pressão quando uma saída do lado do eletrodo do combustível estiver fechada, sendo que com base em um primeiro padrão de alteração de pressão para implementar a alteração de pressão em uma primeira largura de pressão, a operação de controle altera periodicamente uma pressão do gás combustível no eletrodo do combustível.

[009] Um sistema de célula de combustível de acordo com o aspecto da presente invenção compreende: uma célula de combustível que serve para gerar uma energia causando-se uma reação eletroquímica entre um gás oxidante suprido a um eletrodo oxidante e um gás combustível suprido a um eletrodo do combustível; um meio de suprimento de gás combustível que serve para suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível; e um meio para controlar o meio de suprimento de gás combustível para, desse modo, suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível, sendo que o meio de controle é configurado para implementar uma alteração de pressão quando uma saída do lado do eletrodo do combustível estiver fechada, sendo que com base em um primeiro padrão de alteração de pressão para implementar a alteração de pressão em uma primeira largura de pressão, o meio de controle altera periodicamente uma pressão do gás combustível no eletrodo do combustível.

[Efeitos Vantajosos da Invenção] [010] De acordo com a presente invenção, a alteração periódica de uma pressão de um gás combustível em um eletrodo do combustível com base no primeiro padrão de alteração de pressão que implementa uma alteração de pressão na primeira largura de pressão pode agitar o gás do lado do eletrodo do combustível. Através disto, o gás do lado do eletrodo do combustível pode se tornar uniforme.

[011] Além disso, de acordo com a presente invenção, a quantidade de suprimento de gás combustível no período de implementação de um padrão de controle é aumentada, portanto, é possível suprimir um aumento no número de implementações da elevação e queda de pressão por período unitário. Através disto, uma tensão aplicada aos componentes de suprimento de célula de combustível ou gás combustível pode ser aliviada, portanto, é possível suprimir a deterioração do sistema de célula de combustível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A Figura 1(a) é um diagrama de blocos que mostra, de modo esquemático, uma estrutura do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade.

[013] A Figura 1(b) é um diagrama de blocos que mostra, de modo esquemático, outra estrutura do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade.

[014] A Figura 2(a) é uma vista explicativa que mostra um estado do hidrogênio no lado do eletrodo do combustível em uma célula de combustível, mostrando linhas de fluxo de hidrogênio no canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível.

[015] A Figura 2(b) mostra a distribuição de concentração de hidrogênio no canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível.

[016] A Figura 2(c) mostra a distribuição de concentração de hidrogênio na superfície de reação do lado do eletrodo do combustível.

[017] A Figura 3 (a) é uma vista explicativa que mostra, de modo esquemático, a célula de combustível, supondo oito pontos de medição de corrente.

[018] A Figura 3(b) mostra uma transição de série temporal da distribuição de corrente em um ponto de medição individual.

[019] A Figura 4 é uma vista em corte transversal que mostra, de modo esquemático, a estrutura da célula de combustível.

[020] A Figura 5 é uma vista explicativa que mostra uma quantidade de vazamento de hidrogênio em relação à diferença de pressão parcial de nitrogênio entre o eletrodo oxidante e o eletrodo do combustível.

[021] A Figura 6 é uma vista explicativa que mostra a relação entre uma umidade ambiente e uma quantidade de vazamento de nitrogênio de acordo com uma temperatura ambiente.

[022] A Figura 7(a) é uma vista explicativa que mostra, de modo esquemático, um estado de agitação de hidrogênio com o gás não-reativo.

[023] A Figura 7(b) mostra uma temporização para interromper o suprimento de hidrogênio (operação de fechamento da válvula).

[024] A Figura 8(a) é uma vista explicativa que mostra um estado de descarga de água líquida.

[025] A Figura 8(b) mostra uma temporização para interromper o suprimento de hidrogênio (operação de fechamento da válvula).

[026] A Figura 8(c) mostra outro exemplo da temporização para interromper o suprimento de hidrogênio (operação de fechamento da válvula).

[027] A Figura 8(d) mostra ainda outro exemplo da temporização para interromper o suprimento de hidrogênio (operação de fechamento da válvula).

[028] A Figura 9 é uma vista explicativa que mostra a distribuição de corrente na superfície de geração de energia.

[029] A Figura 10 é um fluxograma que mostra os procedimentos de processo de um método de controlar o sistema de célula de combustível de acordo com a segunda modalidade.

[030] A Figura 11 é uma vista explicativa que mostra os padrões de controle através do primeiro método de controle.

[031] A Figura 12 é uma vista explicativa que mostra os padrões de controle através do segundo método de controle.

[032] A Figura 13 é uma vista explicativa que mostra os padrões de controle através do terceiro método de controle.

[033] A Figura 14 é uma vista explicativa que mostra a transição entre a elevação e a queda de pressão no eletrodo do combustível.

[034] A Figura 15 é uma vista explicativa do primeiro tempo de manutenção Tp1.

[035] A Figura 16 é uma vista explicativa do segundo tempo de manutenção Tp2.

[036] A Figura 17 é uma vista explicativa que mostra a carga relativa a cada primeiro tempo de manutenção Tp1 e segundo tempo de manutenção Tp2.

[037] A Figura 18 é uma vista explicativa que mostra a carga relativa a cada primeiro tempo de manutenção Tp1 e segundo tempo de manutenção Tp2.

[038] A Figura 19 é uma vista explicativa que mostra a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 em relação à corrente de carga.

[039] A Figura 20(a) é uma vista explicativa que mostra, de modo esquemático, a capacidade do lado do eletrodo do combustível Rs na pilha de célula de combustível e a capacidade Rt da porção de capacidade.

[040] A Figura 20 (b) mostra que o novo hidrogênio fluiu na pilha de célula de combustível em uma quantidade de cerca de 1/4 da capacidade do sistema combustível.

[041] A Figura 21 é uma vista explicativa da pressão de limite superior P1 e da pressão de limite inferior P2.

[042] A Figura 22 é uma vista explicativa de uma velocidade de queda de pressão.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES (Primeira Modalidade) [043] A Figura 1(a) é um diagrama de blocos que mostra, de modo esquemático, uma estrutura de um sistema de célula de combustível 100 de acordo com a primeira modalidade da presente invenção. O sistema de célula de combustível 100 é instalado, por exemplo, em um veículo que seja um objeto móvel, onde o veículo é acionado por uma energia elétrica suprida a partir do sistema de célula de combustível 100.

[044] O sistema de célula de combustível 100 é principalmente dotado de uma pilha de célula de combustível 1 que inclui uma pluralidade de células combustíveis empilhadas. Cada célula de combustível incluída na pilha de célula de combustível 1 é formada de tal modo que uma estrutura de célula de combustível se situe entre um par de separadores, onde a estrutura de célula de combustível tem uma estrutura onde um eletrodo do combustível 67 (referindo-se à Figura 4 descrita posteriormente) e um eletrodo oxidante 34 (referindo-se à Figura 4 descrita posteriormente) cercam uma membrana de eletrólito de polímero sólido.

[045] Na pilha de célula de combustível 1, correspondente a cada gás combustível e gás oxidante, um par de canais de fluxo interno são formados em uma direção de pilha da célula de combustível. Em relação ao par de canais de fluxo interno (tubulações) correspondente ao gás combustível; em relação a um canal de fluxo interno de suprimento como o primeiro canal de fluxo interno, um gás combustível é suprido a cada superfície de reação do lado do eletrodo do combustível 67 através dos canais de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67 (canais de fluxo de célula) das células combustíveis individuais, enquanto, em relação a um canal de fluxo interno de descarga como o segundo canal de fluxo interno, um gás (nas partes que se seguem do presente documento referido como “efluente gasoso do eletrodo do combustível”) descarregado a partir de cada um dos canais de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67 das células combustíveis individuais flui no canal de fluxo interno de descarga. Da mesma forma, em relação ao par de canais de fluxo interno correspondentes ao gás oxidante; em relação a um canal de fluxo interno de suprimento como o primeiro canal de fluxo interno, um gás oxidante é suprido a cada uma das superfícies de reação do lado do eletrodo oxidante 34 através dos canais de fluxo de gás do lado do eletrodo oxidante 34 (canais de fluxo de célula) das células combustíveis individuais, enquanto, em relação a um canal de fluxo interno de descarga como o segundo canal de fluxo interno, um gás (nas partes que se seguem do presente documento referido como “efluente gasoso do eletrodo oxidante”) descarregado a partir de cada um dos canais de fluxo de gás do lado do eletrodo oxidante 34 das células combustíveis individuais flui no canal de fluxo interno de descarga. A pilha de célula de combustível 1 de acordo com a primeira modalidade adota o que chamamos de método de contra-fluxo onde o gás combustível e o gás oxidante fluem em direções opostas entre si.

[046] Em cada uma das células individuais da pilha de célula de combustível 1, a reação eletroquímica do gás combustível e o gás oxidante entre si, sendo que tais gases são respectivamente suprimidos ao eletrodo do combustível 67 e ao eletrodo oxidante 34, gera uma energia elétrica.

[047] De acordo com a primeira modalidade, uma explicação se baseia no caso de utilizar hidrogênio como um gás combustível e ar como um gás oxidante. Além disso, neste relatório descritivo, os termos “célula de combustível,” “eletrodo do combustível” e “eletrodo oxidante” não devem ser usados apenas para designar uma única célula de combustível ou seu eletrodo do combustível ou eletrodo oxidante, mas também devem ser usados para designar, de modo unânime, cada uma das células combustíveis da pilha de célula de combustível 1 de seus eletrodos combustíveis ou eletrodos oxidantes.

[048] O sistema de célula de combustível 100 inclui, ainda, um sistema de hidrogênio que serve para suprir hidrogênio à pilha de célula de combustível 1 e um sistema de ar que serve para suprir ar à pilha de célula de combustível 1.

[049] No sistema de hidrogênio, o hidrogênio como o gás combustível é armazenado no tanque de combustível 10 (por exemplo, um cilindro de hidrogênio de alta pressão), e é suprido a partir do tanque de combustível 10 à pilha de célula de combustível 1 através de um canal de fluxo de suprimento de hidrogênio (canal de fluxo de entrada de eletrodo do combustível) L1. De modo específico, o canal de fluxo de suprimento de hidrogênio L1 tem uma primeira porção de extremidade conectada ao tanque de combustível 10 e uma segunda porção de extremidade conectada a um lado de entrada do gás combustível canal de fluxo interno de suprimento da pilha de célula de combustível 1. No canal de fluxo de suprimento de hidrogênio L1, uma válvula de fonte de tanque (não mostrada na Figura 1) é disposta a jusante do tanque de combustível 10. A colocação da válvula de fonte de tanque em um estado aberto permite que o gás hidrogênio de alta pressão proveniente do tanque de combustível 10 tenha sua pressão mecanicamente reduzida até uma pressão predeterminada por meio de uma válvula de redução de pressão (não mostrada na Figura 1) disposta a jusante do tanque de combustível 10. O gás hidrogênio com pressão reduzida tem sua pressão adicionalmente reduzida por meio de uma válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 disposta ainda mais a jusante da válvula de redução de pressão, e, então, é suprido à pilha de célula de combustível 1. A pressão de hidrogênio suprida à pilha de célula de combustível 1, ou seja, a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 pode ser ajustada controlando-se o grau de abertura da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11. De acordo com a primeira modalidade, o tanque de combustível 10, o canal de fluxo de suprimento de hidrogênio L1 e a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 que fica disposta no canal de fluxo de suprimento de hidrogênio L1 constituem um dispositivo de suprimento de hidrogênio HS (dispositivo de suprimento de gás combustível HS) que serve para suprir hidrogênio ao eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1.

[050] De acordo com a primeira modalidade, a pilha de célula de combustível 1 tem uma estrutura onde o lado de saída do gás combustível canal de fluxo interno de descarga é basicamente fechado, restringindo, portanto, a descarga do efluente gasoso de eletrodo do combustível a partir da pilha de célula de combustível 1, ou seja, a pilha de célula de combustível 1 é incluída no sistema de célula de combustível 100 que adota um sistema fechado. No presente documento, o sistema fechado não significa um estado fechado exato. Com o intuito de descarregar, a partir do eletrodo do combustível 67, impurezas, tais como gás inativo (nitrogênio, e similares) e água líquida, dispõe-se, como uma exceção, um sistema de descarga capaz de abrir o lado de saída do gás combustível canal de fluxo interno de descarga. De modo específico, um canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível (canal de fluxo de descarga) L2 é conectado ao lado de saída do gás combustível canal de fluxo interno de descarga. O canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2 tem uma segunda porção de extremidade conectada a um canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo L6 descrito mais adiante.

[051] No canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2, dispõe-se uma porção de capacidade (dispositivo de capacidade) 12 tendo uma capacidade predeterminada Rs (consulte a Figura 20 descrita mais adiante) como um espaço, onde a capacidade predeterminada Rs é, por exemplo, equivalente a cerca de 80% da capacidade do lado do eletrodo do combustível 67 em relação a todas as células combustíveis incluídas na pilha de célula de combustível 1. A porção de capacidade 12 funciona como um tampão que serve para armazenar primariamente as impurezas incluídas no efluente gasoso de eletrodo do combustível que entra a partir do lado do eletrodo do combustível 67. Na Figura 1, um canal de fluxo de água de descarga L3 tendo uma primeira porção de extremidade aberta é conectado à porção inferior da porção de capacidade 12 em uma direção vertical, e uma válvula de água de descarga 13 é proporcionada ao canal de fluxo de água de descarga L3. As impurezas (principalmente, água líquida) contidas no efluente gasoso de eletrodo do combustível que entra na porção de capacidade 12 são armazenadas na parte inferior da porção de capacidade 12. O controle do estado de abertura e fechamento da válvula de água de descarga 13 pode descarregar as impurezas armazenadas. Além disso, no canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2, uma válvula de purga (obturador) 14 é disposta a jusante da porção de capacidade 12. O efluente gasoso de eletrodo do combustível que entra na porção de capacidade 12, de modo específico, o gás que inclui as impurezas (principalmente, gás inativo, tal como nitrogênio) e hidrogênio não-reagido podem ser descarregados controlando-se o estado de abertura e fechamento da válvula de purga 14.

[052] O canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível (canal de fluxo de descarga) L2, a porção de capacidade (dispositivo de capacidade) 12 e a válvula de purga (obturador) 14 formam um limitador 70.

[053] Entretanto, o ar como o gás oxidante do sistema de ar deve ser apresentado. Por exemplo, o ar é comprimido quando uma atmosfera for coletada por meio de compressor 20, suprindo, assim, o ar à pilha de célula de combustível 1 por meio de um canal de fluxo de suprimento de ar L5. O canal de fluxo de suprimento de ar L5 tem uma primeira porção de extremidade conectada ao compressor 20 e a segunda porção de extremidade conectada ao lado de entrada de um canal de fluxo interno de suprimento de gás oxidante da pilha de célula de combustível 1. Além disso, um canal de fluxo de suprimento de ar L5 tem um umidificador 21 que serve para umidificar o ar suprido à pilha de célula de combustível 1.

[054] Na pilha de célula de combustível 1, um canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo oxidante L6 é conectado ao lado de saída do gás oxidante canal de fluxo interno de descarga. Através disto, o efluente gasoso de eletrodo oxidante proveniente do eletrodo oxidante 34 na pilha de célula de combustível 1 é descarregado para fora por meio do canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo oxidante L6. O canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo oxidante L6 tem um umidificador 21 descrito anteriormente, extraindo, assim, a água gerada pela geração (esta água extraída é usada para umidificar o ar de suprimento). Além disso, no canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo oxidante L6, uma válvula de ajuste de pressão de ar 22 é disposta a jusante do umidificador 21. O ajuste do grau de abertura da válvula de ajuste de pressão de ar 22 pode controlar a pressão de ar suprida à pilha de célula de combustível 1, ou seja, a pressão de ar do eletrodo oxidante 34. De acordo com a primeira modalidade, o compressor 20, o canal de fluxo de suprimento de ar e a válvula de ajuste de pressão de ar 22 que fica disposta no canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo oxidante L6 constituem um dispositivo de suprimento de gás oxidante OS que serve para suprir o ar ao eletrodo oxidante 34 da pilha de célula de combustível 1.

[055] Além disso, um dispositivo de extração de saída 30 que serve para controlar uma saída (por exemplo, corrente) retirada da pilha de célula de combustível 1 é conectado à pilha de célula de combustível 1. Por meio do dispositivo de extração de saída 30, a energia gerada na pilha de célula de combustível 1 é suprida, por exemplo, a um motor elétrico para acionamento veicular (não mostrado na Figura 1), a uma bateria secundária e a vários acessórios necessários para a operação de geração da pilha de célula de combustível 1. Além disso, a energia gerada pelo dispositivo de extração de saída 30 também é suprida à bateria secundária (não mostrada na Figura 1). Esta bateria secundária é proporcionada para suplementar uma carência da energia suprida a partir da pilha de célula de combustível 1 em caos para iniciar o sistema de célula de combustível 100 ou em uma resposta transiente do sistema de célula de combustível 100.

[056] Um controlador (dispositivo de controle) 40 funciona para controlar administrativamente todo o sistema de célula de combustível 100. Operando-se de acordo com um programa de controle, o controlador 40 controla as condições de operação do sistema de célula de combustível 100. Um microcomputador que inclui componentes principais, tais como CPU, ROM, RAM e interface I/O pode ser usado como o controlador 40. De acordo com o programa de controle armazenado na ROM, o controlador 40 implementa vários cálculos. Então, aos vários atuadores (não mostrada na Figura 1), o controlador 40 emite tais resultados de cálculo como sinais de controle. Através disto, o controlador 40 controla vários elementos, tais como a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11, a válvula de água de descarga 13, a válvula de purga 14, o compressor 20, a válvula de ajuste de pressão de ar 22 e o dispositivo de extração de saída 30, para, desse modo, implementar a operação de geração da pilha de célula de combustível 1.

[057] Objetivando detectar as condições do sistema de célula de combustível 100, os sinais de sensor provenientes de vários sensores, e similares, são inseridos no controlador 40. De acordo com a primeira modalidade, os vários sensores anteriores incluem um sensor de pressão de hidrogênio 41, um sensor de pressão de ar 42, e um sensor de temperatura da pilha 43. O sensor de pressão de hidrogênio 41 detecta a pressão de hidrogênio suprida à pilha de célula de combustível 1, o sensor de pressão de ar 42 detecta a pressão de ar suprida à pilha de célula de combustível 1, e o sensor de temperatura da pilha 43 detecta a temperatura da pilha de célula de combustível 1.

[058] De acordo com a primeira modalidade, o controlador 40 controla o sistema de célula de combustível 100 da seguinte maneira. Em primeiro lugar, o controlador 40 suprime ar e hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, para, desse modo, implementar a geração através da pilha de célula de combustível 1. A pressão (pressão operacional) do ar e do hidrogênio que são suprimidos à pilha de célula de combustível 1 é previamente ajustada em um determinado valor padrão que seja constante independentemente da carga de operação ou em valores variáveis que variam de acordo com a carga de operação. Então, o controlador 40 suprime o ar e o hidrogênio em uma pressão operacional predeterminada, para, desse modo, implementar a geração da pilha de célula de combustível 1. No presente documento, como um recurso da primeira modalidade, ao suprir o hidrogênio ao eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1, o controlador 40 altera periodicamente a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1, com base no primeiro padrão de alteração de pressão que serve para implementar a alteração de pressão na primeira largura de pressão (pressão diferencial) e no segundo padrão de alteração de pressão que serve para implementar a alteração de pressão na segunda largura de pressão (pressão diferencial) maior que a primeira largura de pressão. De modo específico, o controlador 40 implementa repetidamente os padrões básicos de controle, ou seja, uma pluralidade de primeiros padrões de alteração de pressão, seguidos pelo segundo padrão de alteração de pressão. Ao se implementar a alteração de pressão, o controlador 40 interrompe o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, e na condição onde a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 é reduzida pela largura de pressão predeterminada (primeira largura de pressão ou segunda largura de pressão), o controlador 40 retoma o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, para, desse modo, permitir que a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 retorne à pressão operacional. A abertura e o fechamento da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 realizam a interrupção e a retomada do suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1. Referindo-se ao valor detectado pelo sensor de pressão de hidrogênio 41, pode-se monitorar a queda de pressão de hidrogênio que é equivalente à largura de pressão.

[059] Além disso, a Figura 1(b) é um diagrama de blocos que mostra, de modo esquemático, outra estrutura do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a primeira modalidade do presente invenção. No presente documento, a estrutura abole a válvula de água de descarga 13, deixando apenas a válvula de purga 14. Com a estrutura anterior, o controle da condição de abertura e fechamento da válvula de purga 14 pode descarregar o gás incluído no efluente gasoso de eletrodo do combustível, ou seja, o gás que inclui as impurezas (principalmente, gás inativo, tal como nitrogênio, e água líquida) e hidrogênio não-reagido.

[060] Nas partes que se seguem do presente documento, apresenta-se o conceito do sistema de célula de combustível 100 que adota a estrutura e o método de controle anterior.

[061] Visando aperfeiçoar a economia de combustível e reduzir a energia de acionamento de vários acessórios que servem para operar a pilha de célula de combustível, a operação do sistema de célula de combustível 100 em uma razão estequiométrica baixa (referida como uma “razão em excesso de suprimento de gás reativo baixo”) e em uma taxa de vazão baixa reduz a velocidade de vazão do gás reativo (hidrogênio ou ar) que flui no canal de fluxo de gás (canal de fluxo de célula) em cada uma das células combustíveis da pilha de célula de combustível 1. Através disto, as impurezas desnecessárias para a reação de geração, por exemplo, água líquida ou um gás não-reativo (principalmente, nitrogênio) provavelmente se acumulam no canal de fluxo de gás, podendo evitar a distribuição do gás reativo necessário para a geração. Neste caso, a saída da pilha de célula de combustível 1 é reduzida e a geração desabilitada, além disso, o catalisador necessário para reação pode possivelmente ser deteriorado.

[062] Por exemplo, deve-se levar em consideração uma condição para a pilha de célula de combustível 1 implementar a geração através das operações a seguir: suprir ar ao eletrodo oxidante 34 da pilha de célula de combustível 1; restringir a descarga do efluente gasoso de eletrodo do combustível a partir da pilha de célula de combustível 1; e suprir constantemente hidrogênio por uma quantidade equivalente ao hidrogênio consumido no eletrodo do combustível 67. Na célula de combustível individual, o nitrogênio contido no ar realiza um vazamento cruzado ao canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67 a partir do canal de fluxo de gás do lado do eletrodo oxidante 34 por meio da membrana de eletrólito de polímero incluído na célula de combustível. Entretanto, ao canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67, o hidrogênio em equivalência ao hidrogênio consumido pela reação de geração flui por corrente de convecção. No entanto, visto que o lado de saída do canal de fluxo interno de descarga de gás combustível está fechado, o nitrogênio vazado transversalmente é pressionado ao lado a jusante (lado de saída) do canal de fluxo de gás pela convecção de hidrogênio. O nitrogênio do eletrodo do combustível 67 não é consumido pela reação de geração. Além disso, o vazamento de nitrogênio a partir do eletrodo oxidante 34 aumenta continuamente o nitrogênio no eletrodo do combustível 67 até que a pressão parcial do lado do eletrodo oxidante 34 seja igual à pressão parcial do lado do eletrodo do combustível 67.

[063] As Figuras 2(a) a 2(c) são vistas explicativas que mostram estados do hidrogênio do lado do eletrodo do combustível 67 na célula de combustível. A Figura 2(a) mostra linhas de fluxo de hidrogênio no canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67. No presente documento, o eixo geométrico das abscissas denota uma distância (na direção do canal de fluxo de gás) do canal de fluxo de gás, onde o lado esquerdo do eixo geométrico das abscissas corresponde ao lado de entrada do canal de fluxo de gás e o lado direito do eixo geométrico das abscissas corresponde ao lado de saída do canal de fluxo de gás. Entretanto, o eixo geométrico das ordenadas denota uma altura do canal de fluxo de gás, onde o lado inferior do eixo geométrico das ordenadas corresponde à superfície de reação. Além disso, a Figura 2(b) mostra a distribuição de concentração de hidrogênio no canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67. Assim como na Figura 2(a), o eixo geométrico das abscissas denota a distância (na direção do canal de fluxo de gás) do canal de fluxo de gás, enquanto o eixo geométrico das ordenadas denota a altura do canal de fluxo de gás. Na Figura 2(b), uma párea a1 denota uma faixa de concentração de hidrogênio de 93% a 100%, uma área a2 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 83% a 93%, e uma área a3 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 73% a 83%. Além disso, uma área a4 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 63% to 73%, uma área a5 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 53% a 63%, uma área a6 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 43% a 53%, e uma área a7 denota a faixa de concentração de hidrogênio de 33% a 43%. Além disso, a Figura 2(c) mostra a distribuição de concentração de hidrogênio na superfície de reação do lado do eletrodo do combustível 67. No presente documento, o eixo geométrico das abscissas denota a distância do canal de fluxo de gás, onde o lado esquerdo do eixo geométrico das abscissas corresponde ao lado de entrada do canal de fluxo de gás, enquanto o lado direito do eixo geométrico das abscissas corresponde ao lado de saída do canal de fluxo de gás. Entretanto, o eixo geométrico das ordenadas denota a concentração de hidrogênio.

[064] Conforme descrito anteriormente, o influxo do nitrogênio vazado transversalmente e o hidrogênio de influxo permitem que o eletrodo do combustível 67 tenha uma porção onde a concentração de nitrogênio é alta, isto é, uma porção onde a concentração de hidrogênio é baixa. De modo específico, na célula de combustível, o lado a jusante (lado de saída) do canal de fluxo de gás tem uma tendência a reduzir a concentração de hidrogênio. Além disso, a continuidade da geração a partir deste estado reduz, adicionalmente, a concentração de hidrogênio da porção onde a concentração de hidrogênio é baixa.

[065] A Figura 3 é uma vista explicativa que mostra, de modo esquemático, a célula de combustível. Conforme mostrado na Figura 3(a), ao longo do fluxo do gás reativo, presumem-se, respectivamente, oito pontos de medição de corrente #1 a #8 na superfície de geração de energia da célula de combustível. A Figura 3(b) mostra a transição de série temporal da distribuição de corrente no ponto de medição individual #1 a #8. De modo específico, conforme denotado por uma seta de linha pontilhada, transição de distribuição de corrente em cada um dos pontos de medição #1 a #8 é deslocada da linha de cadeia de ponto único para a linha pontilhada e para a linha contínua. Ou seja, na etapa de geração inicial, a concentração de hidrogênio no canal de fluxo de gás é substancialmente uniforme, portanto, conforme denotado pela linha de cadeia de ponto único, os valores de corrente nos pontos de medição #1 a #8 são substancialmente iguais entre si. No entanto, a implementação contínua da geração reduz a concentração de hidrogênio no lado de saída do canal de fluxo de gás, portanto, conforme denotado pela linha pontilhada ou pela linha contínua, os valores de corrente no lado de saída do canal de fluxo de gás caem e uma concentração de corrente é induzida no lado de entrada do canal de fluxo de gás. Nesses estados, é difícil continuar a geração estável e a geração pode, possivelmente, ser finalmente desabilitada. Além disso, visto que a queda de corrente local anterior é difícil de se detectar, conforme pode ser o caso, a saída a partir da pilha de célula de combustível é continuamente tomada com a queda de corrente imperceptível.

[066] A Figura 4 é uma vista em corte transversal que mostra, de modo esquemático, a estrutura da célula de combustível. A estrutura da célula de combustível 150 incluída na célula de combustível tem uma estrutura onde a membrana de eletrólito de polímero sólido 2 fica situada entre o eletrodo do combustível 67 e o eletrodo oxidante 34, sendo que dois eletrodos (eletrodos reativos) são dispostos em pares. A membrana de eletrólito de polímero sólido 2 inclui, por exemplo, uma membrana macromolecular condutiva por íons, tal como uma membrana de troca iônica de resina de flúor, e funciona como uma membrana de eletrólito condutiva por íons através de saturação de água. O eletrodo oxidante 34 inclui uma camada catalítica à base de platina 3 que transporta um catalisador, tal como platina, e uma camada de difusão de gás 4 que inclui um corpo poroso, tal como fibra de carbono. O eletrodo 67 inclui uma camada catalítica à base de platina 6 que transporta um catalisador, tal como platina, e uma camada de difusão de gás 7 que inclui um corpo poroso, tal como fibra de carbono. Além disso, os separadores (não mostrados na Figura 4) que ficam situados entre a estrutura da célula de combustível 150 a partir de ambos os lados têm, respectivamente, canais de fluxo de gás 5, 8 que servem para suprir os gases reativos (hidrogênio e ar) aos eletrodos reativos individuais.

[067] Quando a geração é continuada, o oxigênio simultaneamente ao nitrogênio vazam a partir do lado do eletrodo oxidante 34 até o lado do eletrodo do combustível 67, desse modo, o oxigênio se move até o lado do eletrodo do combustível 67. Além disso, a água gerada pela reação de geração está presente no lado do eletrodo oxidante 34. Além disso, a camada de difusão de gás 4 ou o separador (não mostrado na Figura), ou seja, os membros incluídos no canal de fluxo de gás na célula de combustível ou os membros que servem para suportar o catalisador incluem principalmente carbono. Através disto, as reações a seguir são promovidas na área (área B na Figura 4) onde o hidrogênio encontra-se em um suprimento curto: [Equação 1] Lado do eletrodo do combustível 67:02 + 4H+ + 4e-^ 2H2O

Lado do eletrodo oxidante 34:C +2H2O CO2 + 4H+ + 4e- [068] Reportando-se à equação 1, o carbono na estrutura da célula de combustível reage com a água gerada no lado do eletrodo oxidante 34, para, desse modo, gerar dióxido de carbono no lado do eletrodo oxidante 34. Isto significa que a estrutura na célula de combustível é corroída. O carbono incluído em cada elemento que forma o canal de fluxo de gás, uma estrutura que transporta um catalisador que serve para causar a reação, uma estrutura da camada de difusão de gás 4, e uma estrutura do separador alteram o dióxido de carbono, levando, portanto, à deterioração da célula de combustível.

[069] Além disso, as operações a seguir também são observadas no eletrodo do combustível 67. Um fenômeno de difusão reversa move a água de reação de geração a partir do lado do eletrodo oxidante 34 até a membrana de eletrólito de polímero sólido 2, ou a água condensada no hidrogênio que é umidificada e suprida é, conforme pode ser o caso, armazenada no canal de fluxo de gás. No caso onde a água líquida sob a forma de gotículas de água está presente no canal de fluxo de gás, não se causa nenhum problema substancial. No entanto, no caso onde a água líquida sob a forma de membrana se espalha amplamente para, desse modo, cobrir uma face do canal de fluxo de gás da camada de difusão de gás 7, a água líquida evita que o hidrogênio seja suprido à superfície de reação, causando, portanto, porções com baixa concentração de hidrogênio. Isto pode levar à deterioração da célula de combustível, como o caso anterior no lado do eletrodo oxidante 34.

[070] A inconveniência causada pela água líquida no canal de fluxo de é genericamente reconhecida, e um método para descarregar a água líquida é implementado. No entanto, sem a água líquida, a célula de combustível é deteriorada. Ou seja, o fenômeno de deterioração da célula de combustível (catalisador) é causado por uma carência de hidrogênio no eletrodo do combustível 67, e, portanto, é importante conter a ocorrência de tal porção de carência de hidrogênio (por exemplo, uma porção de cerca de 5% ou menor em concentração de volume). No presente documento, uma causa para reduzir a concentração de hidrogênio no gás no lado do eletrodo do combustível 67 é que o nitrogênio contido no gás no lado do eletrodo oxidante 34 permeia ao lado do eletrodo do combustível 67. Desse modo, é necessário obter, de forma apropriada, uma quantidade de permeação de nitrogênio. Portanto, em primeiro lugar, a quantidade de permeação de nitrogênio (quantidade de vazamento de nitrogênio que permeia através da membrana macromolecular sólida) por unidade de tempo em relação a cada uma das quantidades físicas (pressão parcial de nitrogênio, temperatura, e umidade) foi verificada através de experimentos ou simulações, com os resultados mostrados nas Figuras 5 e 6.

[071] A Figura 5 é uma vista explicativa que mostra a quantidade de vazamento de nitrogênio em relação à diferença de pressão parcial de nitrogênio entre o eletrodo oxidante 34 e o eletrodo do combustível 67. A Figura 6 é uma vista explicativa que mostra a relação entre uma umidade ambiente e uma quantidade de vazamento de nitrogênio de acordo com as temperaturas ambientes, onde, conforme denotado por uma seta de linha pontilhada, a quantidade de vazamento de nitrogênio em relação à umidade ambiente é aumentada de acordo com um aumento na temperatura ambiente, ou seja, Temp1, Temp2, Temp3 e Temp4. Conforme mostrado na Figura 5, a quantidade de nitrogênio que permeia a partir do lado do eletrodo oxidante 34 até o lado do eletrodo do combustível 67 (quantidade de vazamento de nitrogênio) é maior à medida que a diferença de pressão parcial de nitrogênio é aumentada. Além disso, conforme mostrado na Figura 6, a quantidade de nitrogênio que permeia a partir do lado do eletrodo oxidante 34 até o lado do eletrodo do combustível 67 (quantidade de vazamento de nitrogênio) é maior à medida que a umidade e a temperatura no eletrodo do combustível 67 são aumentadas.

[072] Conforme apresentado anteriormente, na célula de combustível, o nitrogênio permeado ao eletrodo do combustível 67 percorre o fluxo do hidrogênio suprido e, então, permanece de tal modo que seja empurrado ao lado a jusante (lado de saída). Então, de acordo com a presente primeira modalidade, fazendo-se com que uma corrente de convecção forçada agite o hidrogênio com nitrogênio contém a ocorrência da porção de carência onde a concentração de hidrogênio é localmente baixa.

[073] A Figura 7 é uma vista explicativa que mostra, de modo esquemático, um estado de agitação de hidrogênio com o gás não-reativo (principalmente, nitrogênio). Como um método para implementação de agitação pela corrente de convecção forçada, por exemplo, a pressão de hidrogênio no lado do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 se torna menor que a pressão de suprimento de hidrogênio, para, desse modo, causar uma pressão diferencial predeterminada entre o lado interno e o lado externo da pilha de célula de combustível 1. Então, a liberação momentânea da pressão diferencial predeterminada pode manter momentaneamente uma grande quantidade de suprimento (velocidade de vazão) do hidrogênio que flui na pilha de célula de combustível 1. Através disto, conforme mostrado na Figura 7(a), a agitação entre o hidrogênio e o nitrogênio se torna possível. Quando um fluxo turbulento for obtido, um efeito da agitação é maior embora tal efeito dependa do tamanho do canal de fluxo de gás na célula de combustível. Além disso, mesmo no caso de um fluxo laminar, visto que o nitrogênio é empurrado para a porção de capacidade 12 disposta a jusante da pilha de célula de combustível 1 no sistema de hidrogênio, o gás na célula de combustível é substituído por hidrogênio. Além disso. Visto que a pressão é reduzida em todo o canal de fluxo de gás, hidrogênio pode ser distribuído para toda a área do canal de fluxo de gás até que a pressão do eletrodo do combustível 67 se torne igual à pressão de suprimento.

[074] Objetivando obter uma pressão diferencial constante, também é possível suprir hidrogênio à pilha de célula de combustível 1 na geração de energia enquanto causa momentaneamente uma pressão grande. No entanto, com o intuito de obter mais facilmente a pressão diferencial, conforme mostrado na Figura 7(b), o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de fechamento da válvula) em uma temporização T1 enquanto se dá continuidade à geração da pilha de célula de combustível 1. Então, um tempo de manutenção é ajustado até que uma pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔΡ1 seja obtida, para, desse modo, manter a pressão diferencial. Após a pressão diferencial predeterminada ΔΡ1 ser obtida (temporização T2), o hidrogênio é suprido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de abertura da válvula). Através disto, induz-se momentaneamente uma grande quantidade de suprimento (velocidade de vazão), podendo implementar a agitação. Além disso, a repetição dos padrões de alteração de pressão (primeiro padrão de alteração de pressão) em um período C implementa a operação de fechamento da válvula em uma temporização T3 e a operação de abertura da válvula em uma temporização T4. Através disto, o hidrogênio pode ser suprido de modo pulsatório. A pressão diferencial ΔP1 se encontra, por exemplo, em uma faixa de 5 kPa a 8 kPa. Considerando-se as características da pilha de célula de combustível 1, as características da agitação do gás, e similares, os experimentos ou simulações podem ajustar o valor ótimo da pressão diferencial ΔP1. A pressão diferencial ΔP1 necessária para agitação do gás é ajustada menor que a pressão diferencial necessária para uma descarga de água líquida descrita mais adiante.

[075] A agitação de gás anterior pode conter a ocorrência da porção de carência de hidrogênio. No entanto, no caso de a geração continuar por um longo período, a água gerada ou água condensada é acumulada, bloqueando, assim, o canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67 na célula de combustível. Então, de acordo com a presente primeira modalidade, fluir o hidrogênio no eletrodo do combustível 67 descarrega a água líquida que bloqueia o canal de fluxo de gás para fora da célula de combustível.

[076] A Figura 8 é uma vista explicativa que mostra um estado de descarga de água líquida. Como um método de implementar a descarga de água líquida suprindo-se hidrogênio, por exemplo, a pressão de hidrogênio no lado do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 se torna menor que a pressão de suprimento de hidrogênio, para, desse modo, causar uma pressão diferencial predeterminada entre o lado interno e o lado externo da pilha de célula de combustível 1. Então, uma liberação momentânea da pressão diferencial constante pode manter momentaneamente uma grande quantidade de suprimento (velocidade de vazão) do gás combustível que flui na pilha de célula de combustível 1. Através disto, conforme mostrado na Figura 8(a), a água líquida pode ser descarregada a partir do canal de fluxo de gás.

[077] Necessita-se que a pressão diferencial necessária para a descarga de água líquida seja maior que a pressão diferencial necessária para a agitação de gás anterior. Entretanto, a frequência necessária para a descarga de água líquida é menor que a frequência necessária para a agitação de gás. Então, conforme mostrado na Figura 8(b), implementa-se uma pluralidade de padrões de alteração de pressão necessária par AA agitação de gás, então, em uma temporização Tm, o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de fechamento da válvula). Então, um tempo de manutenção é ajustado até que uma pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔΡ2 seja obtida, para, desse modo, manter a pressão diferencial. Após a pressão diferencial ΔΡ2 ser obtida (temporização Tn), o hidrogênio é suprido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de abertura da válvula). Através disto, uma grande velocidade de vazão é momentaneamente causada, portanto, a descarga de água líquida pode ser implementada. No presente documento, o padrão de alteração de pressão anterior (segundo padrão de alteração de pressão) é periodicamente repetido, assim como o primeiro padrão de alteração de pressão necessário para agitação de gás. No entanto, comparado ao primeiro padrão de pressão necessário para a agitação de gás, o segundo padrão de alteração de pressão necessário para a descarga de água líquida tem uma freqüência de implementação menor. A pressão diferencial ΔP2 se encontra, por exemplo, em uma faixa de 20 kPa a 30 kPa. Considerando-se as características da pilha de célula de combustível 1, as características de descarga de água líquida e, similares, os experimentos ou simulações podem ajustar o valor ótimo da pressão diferencial ΔP2. A pressão diferencial ΔP2 necessária para a descarga de água líquida é ajustada maior que a pressão diferencial necessária para a agitação de gás anterior.

[078] Além disso, conforme mostrado na Figura 8(c), implementa-se uma pluralidade de padrões de alteração de pressão necessários para a agitação de gás e, então, na temporização Tm, o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de fechamento da válvula). Então, um tempo de manutenção é ajustado até que a pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔP1 seja obtida, para, desse modo, manter a pressão diferencial. Após a pressão diferencial ΔP1 ser obtida (temporização Tn), o grau de abertura da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 se torna maior que o grau de abertura na temporização Tm, para, desse modo, suprir o hidrogênio (operação de abertura da válvula). Através disto, o gás é suprido em uma pressão maior que a pressão na temporização Tm, para, desse modo, causar a pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔΡ2 (temporização To). Então, em uma temporização Tp, o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11I (operação de fechamento da válvula). Então, um tempo de manutenção é ajustado até que a pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔP2 seja obtida, para, desse modo, manter a pressão diferencial. Após a pressão diferencial ΔP2 ser obtida (temporização Tq), o hidrogênio é suprido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de abertura da válvula). Neste momento, é preferível que o hidrogênio seja suprido no mesmo grau de abertura da temporização Tm. Então, em uma temporização Tr, a pressão retorna à mesma pressão na temporização Tm. Após a temporização Tr, implementam-se os mesmos padrões de alteração de pressão antes da temporização Tm. Mesmo no caso das operações anteriores, uma grande velocidade de vazão é momentaneamente causada, de tal modo que a descarga de água líquida possa ser implementada.

[079] Além disso, conforme mostrado na Figura 8(d), implementa-se uma pluralidade de padrões de alteração de pressão necessários para a agitação de gás e, então, na temporização Tm, o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de fechamento da válvula). Então, um tempo de manutenção é ajustado até que uma pressão diferencial maior que a pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔP1 seja obtida. Quando uma pressão diferencial maior que a pressão diferencial ΔP1 for obtida (temporização Tn), o grau de abertura da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 se torna maior que o grau de abertura na temporização m, para, desse modo, suprir o hidrogênio (operação de abertura da válvula). Através disto, o gás é suprimido em uma pressão maior que a pressão na temporização Tm, para, desse modo, causar a pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔP2 (temporização To). Posteriormente, na temporização Tp, o suprimento de hidrogênio é interrompido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de fechamento da válvula). Então, um tempo de manutenção é ajustado até que uma pressão diferencial predeterminada (largura de pressão) ΔΡ3 seja obtida, para, desse modo, manter a pressão diferencial. No presente documento, é preferível que o limite de pressão inferior na obtenção da pressão diferencial ΔP3 seja ajustado para o limite de pressão inferior na obtenção da pressão diferencial ΔP1. Posteriormente, após a pressão diferencial ΔP3 ser obtida (temporização Tq), o hidrogênio é suprido por meio da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 (operação de abertura da válvula). Neste momento, é preferível que o hidrogênio seja suprido no mesmo grau de abertura da temporização Tm. Então, na temporização Tr, a pressão retorna para a mesma pressão na temporização Tm. Após a temporização Tr, os mesmos padrões de alteração de pressão antes da temporização Tm são implementados. Mesmo quando as operações anteriores forem implementadas, uma grande velocidade de vazão pode ser momentaneamente causada, para, desse modo, implementar a descarga de água líquida.

[080] Conforme apresentado anteriormente, de acordo com a primeira modalidade, o controlador 40 controla o dispositivo de suprimento de gás combustível HS (10, 11, L1), para, desse modo, suprir hidrogênio ao eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1, e com base no primeiro padrão de alteração de pressão que implementa a alteração de pressão na primeira largura de pressão ΔP1 e no segundo padrão de alteração de pressão que implementa alteração de pressão na segunda largura de pressão ΔP2, o controlador 40 altera periodicamente a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1.

[081] Através da estrutura anterior, o primeiro padrão de alteração de pressão tendo uma pequena largura de pressão é usado além do segundo padrão de alteração de pressão, para, desse modo, ser capaz de agitar o gás do lado do eletrodo do combustível 67 sem aplicar uma grande tensão à célula de combustível individual da pilha de célula de combustível 1. Através disto, o gás do lado do eletrodo do combustível 67 pode se tornar uniforme. Desse modo, a deterioração da pilha de célula de combustível 1 atribuível à redução parcial da concentração de hidrogênio pode ser contida. Além disso, o fornecimento do segundo padrão de alteração de pressão pode descarregar a água líquida, e similares, que não possa ser descarregada pelo primeiro padrão de alteração de pressão. Através disto, a deterioração da pilha de célula de combustível 1 atribuível à água líquida pode ser contida.

[082] Além disso, o sistema de célula de combustível 100 da primeira modalidade adota o sistema fechado onde o efluente gasoso de eletrodo do combustível descarregado a partir do lado do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 é restrito. Através da estrutura anterior, as impurezas provavelmente reduzem a concentração de hidrogênio no canal de fluxo de gás do lado do eletrodo do combustível 67. No entanto, a implementação do controle anterior pode tornar o gás do lado do eletrodo do combustível 67 uniforme.

[083] Além disso, de acordo com a primeira modalidade, o controlador 40 implementa o segundo padrão de alteração de pressão após implementar uma pluralidade de primeiros padrões de alteração de pressão. Através da estrutura anterior, a frequência de aplicar uma grande tensão à célula individual da pilha de célula de combustível 1 pode ser reduzida, enquanto implementa, de modo compatível, a agitação de gás e descarga de água líquida no lado do eletrodo do combustível 67. Além disso, visto que a frequência de implementação do primeiro padrão de alteração de pressão que implementa a agitação de gás é alta, a agitação de gás pode ser efetivamente implementada mesmo quando a geração for continuamente implementada. Através disto, conforme mostrado na Figura 9, mesmo quando a geração for continuamente implementada, o valor de corrente na superfície de geração de energia é substancialmente igual, portanto, a queda de valor de corrente no lado de saída do canal de fluxo de gás e a concentração de corrente no lado de entrada do canal de fluxo de gás podem ser contidas.

[084] Além disso, de acordo com a primeira modalidade, o controlador 40 interrompe o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1 em um estado onde a geração da pilha de célula de combustível 1 é implementada suprindo-se hidrogênio na pressão de operação predeterminada, além disso, em uma condição onde a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 é reduzida pela largura de pressão predeterminada (ΔΡ1, ΔΡ2), o controlador 40 retoma o suprimento de hidrogênio, para, desse modo, alterar a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67. Através da estrutura anterior, a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 pode implementar facilmente a alteração de pressão, de tal modo que um simples sistema de controle possa ser realizado.

[085] Além disso, o sistema de célula de combustível 100 da primeira modalidade tem o canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2, a porção de capacidade 12 e a válvula de purga 14. Neste caso, a porção de capacidade 12 funciona como um espaço (capacidade Rs: Figura 20 descrita mais adiante) que serve par armazenar o efluente gasoso de eletrodo do combustível a partir do lado do eletrodo do combustível 67, ou seja, nitrogênio ou água líquida. Através disto, embora o sistema de célula de combustível 100 tenha substancialmente um sistema fechado, a abertura da válvula de purga 14 quando necessária também pode descarregar as impurezas (tal como nitrogênio que é relativamente aumentado) para fora. Ou seja, o vazamento de nitrogênio é causado até que a diferença de pressão parcial de nitrogênio seja extraída. No entanto, quando a concentração de hidrogênio precisar ser mantida maior ou igual ao valor predeterminado no lado do eletrodo do combustível 67, a taxa de vazão correspondente a quantidade de vazamento pode ser descarregada para fora. No presente documento, a taxa de vazão neste caso é pequena o suficiente, portanto, é pouco provável que cause uma influência sobre a alteração de pressão necessária para a agitação de gás no eletrodo do combustível 67, e, além disso, a diluição pelo efluente gasoso de eletrodo oxidante 34 pode ser facilmente implementada. No entanto, toda a pressão no lado do eletrodo do combustível 67 pode ser aumentada de tal modo que a geração possa ser implementada mesmo quando a pressão parcial de nitrogênio for colocada em um estado de equilíbrio. Neste caso, pode-se adotar um simples sistema fechado.

[086] Além disso, quando o suprimento de hidrogênio for interrompido, a velocidade na qual se reduz a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 é determinada pela capacidade de canal de fluxo na pilha de célula de combustível 1. Quando uma rápida redução de pressão não for desejada devido a uma solicitação associada ao controle do sistema de célula de combustível 100, a alteração da capacidade do canal de fluxo de suprimento de hidrogênio L1 à pilha de célula de combustível 1, ou a capacidade da porção de capacidade 12 do canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2, podem controlar o tempo de alteração de pressão. (Segunda Modalidade) [087] Nas partes que se seguem do presente documento, apresenta-se o sistema de célula de combustível 100 de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. O sistema de célula de combustível 100 de acordo com a segunda modalidade é diferente do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a primeira modalidade pelo fato de que a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 atribuível à alteração de pressão pelo padrão de alteração de pressão é variavelmente ajustada de acordo com a condição de operação do sistema de célula de combustível 100. Além disso, a estrutura do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a segunda modalidade é igual àquele de acordo com a primeira modalidade, portanto, explicações repetidas devem ser omitidas e as diferenças devem ser principalmente apresentadas.

[088] A Figura 10 é um fluxograma que mostra um método de controle do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a segunda modalidade da presente invenção, que mostra, de modo específico, os procedimentos de processo de um método de suprimento de hidrogênio ao eletrodo do combustível 67. O controlador 40 implementa os processos mostrados neste fluxograma.

[089] Em primeiro lugar, em uma etapa 1 (S1), o controlador 40 detecta as condições de operação da pilha de célula de combustível 1. As condições de operação detectadas nesta etapa 1 incluem uma carga de operação da pilha de célula de combustível 1, uma temperatura de operação da pilha de célula de combustível 1, e uma pressão de operação da pilha de célula de combustível 1 (pressão de operação do eletrodo oxidante 34). Em vista a energia necessária para o lado do veículo especificada a partir da velocidade do veículo ou grau de abertura de aceleração, da energia necessária dos acessórios, e similares, pode-se calcular a carga de operação da pilha de célula de combustível 1. Além disso, a temperatura de operação da pilha de célula de combustível 1 pode ser detectada pelo sensor de temperatura da pilha 43. Em termos da pressão de operação da pilha de célula de combustível 1, um determinado valor padrão independente da carga de operação anterior é ajustado previamente, ou valores variáveis de acordo com a carga de operação são ajustados previamente. Portanto, referindo-se a esses valores, a pressão de operação da pilha de célula de combustível 1 pode ser detectada.

[090] Em uma etapa 2 (S2), o controlador 40 determina se a condição de operação detectada neste momento é alterada ou não comparada à condição de operação detectada previamente. Quando a determinação for positiva, ou seja, quando a condição de operação for alterada, a rotina procede para uma etapa 3 (S3). Entretanto, quando a determinação for negativa na etapa 2, ou seja, quando a condição de operação não for alterada, a rotina omite o processo na etapa 3, para, desse modo, proceder para uma etapa 4 (S4).

[091] Na etapa 3, o controlador 40 ajusta o padrão de alteração de pressão com base na condição de operação. Conforme apresentado de acordo com a primeira modalidade, o controlador 40 implementa uma pluralidade de primeiros padrões de alteração de pressão necessários para a agitação de gás e, então, implementa o segundo padrão de alteração de pressão necessário para a descarga de água líquida. Repetindo-se os primeiros e segundos padrões de alteração de pressão, o controlador 40 implementa o suprimento de hidrogênio. A propósito, no modo de suprimento que envolve a alteração de pressão, a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão varia de modo pulsatório, aplicando, assim, cargas repetidas à membrana de eletrólito de polímero sólido 2, que age como uma tensão. Então, em um caso onde o vazamento cruzado a partir do eletrodo oxidante 34 é pequeno, é preferível que a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão anterior se torne pequena para, desse modo, reduzir a carga aplicada à membrana de eletrólito de polímero sólido 2. Entretanto, em um caso onde o vazamento cruzado e grande, é preferível implementar positivamente a alteração de pressão para, desse modo, variar de modo pulsatório a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão, implementando, assim, a agitação de gás e a descarga de água líquida.

[092] De modo ordinário, quanto menor for a carga de operação da pilha de célula de combustível 1, menor será a temperatura de operação da pilha de célula de combustível 1, e menor será a pressão de operação da pilha de célula de combustível 1 (de modo específico, a pressão de operação do eletrodo oxidante 34); menor será a quantidade de nitrogênio vazada transversalmente. Então, quando a condição de operação for alterada de acordo com qualquer um dos casos anteriores, a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão é reduzida. Em contrapartida, quanto maior for a carga de operação da pilha de célula de combustível 1, maior será a temperatura de operação da pilha de célula de combustível 1, e maior será a pressão de operação da pilha de célula de combustível 1 (de modo específico, pressão de operação do eletrodo oxidante 34); maior será a quantidade nitrogênio vazada transversalmente. Então, quando a condição de operação for alterada de acordo com qualquer um dos casos anteriores, aumenta-se a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão.

[093] Com o intuito de ajustar uma pequena quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão, os padrões básicos de controle devem ser modificados da seguinte forma.

[094] Em relação ao primeiro método de controle, conforme mostrado na Figura 11, um tempo de fechamento da válvula T da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 é ajustado mais longo do que o tempo de fechamento da válvula do padrão básico de controle. Em outras palavras, o padrão básico de controle deve ser modificado de modo que o período de implementação da alteração de pressão seja ajustado mais longo.

[095] Em relação ao método de controle, conforme mostrado na Figura 12, as pressões diferenciais (larguras de pressão) ΔΡ11, ΔΡ21 do padrão de controle de pressão são ajustadas menores que as pressões diferenciais (larguras de pressão) ΔP1, ΔP2 do padrão de controle de pressão no padrão básico de controle.

[096] Em relação ao terceiro método de controle, conforme mostrado na Figura 13, a frequência de implementação do segundo padrão de alteração de pressão (necessária para a descarga de água líquida) em relação ao primeiro padrão de alteração de pressão (necessária para a agitação de gás) é reduzida comparada com a frequência de implementação do segundo padrão de alteração de pressão do padrão básico de controle.

[097] Em contrapartida, no caso de ajustar uma grande quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão, o primeiro ao terceiro métodos de controle devem ser controlados em direções opostas.

[098] De acordo com as condições de operação alteradas, o controlador 40 modifica o padrão básico de controle com base em qualquer entre o primeiro ao terceiro métodos de controle ou uma combinação destes. Então, o controlador 40 ajusta o padrão de controle modificado como um presente padrão de controle.

[099] NA etapa 4, o controlador 40 implementa o suprimento de hidrogênio com base no padrão de controle presentemente ajustado.

[0100] Em uma etapa 5 (S5), o controlador 40 determina se finaliza ou não a operação do sistema de célula de combustível 100. De modo específico, o controlador 40 determina se um sinal de desligamento é inserido ou não a partir de um comutador de ignição. Quando a determinação for positiva na etapa 5, ou seja, quando a operação do sistema de célula de combustível 100 for finalizada, o presente controle é encerrado. Entretanto, quando a determinação for negativa na etapa 5, ou seja, quando a operação do sistema de célula de combustível 100 não for finalizada, a rotina retorna aos processos na etapa 1.

[0101] Conforme apresentado anteriormente de acordo com a segunda modalidade, em relação ao sistema de célula de combustível 100, a quantidade de hidrogênio suprida ao eletrodo do combustível 67 atribuível à alteração de pressão é ajustada pequena com base na condição de operação do sistema de célula de combustível 100. Através da estrutura anterior, enquanto a agitação de gás e a descarga de água líquida do eletrodo do combustível 67 são implementadas, é possível reduzir as cargas repetidas à célula de combustível individual da pilha de célula de combustível 1. (Terceira Modalidade) [0102] Nas partes que se seguem do presente documento, apresenta-se o sistema de célula de combustível 100 de acordo com a terceira modalidade da presente invenção. No presente documento, a estrutura do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a terceira modalidade é semelhante àquele de acordo com a primeira e a segunda modalidades, portanto, explicações repetidas devem ser omitidas e as diferenças devem ser principalmente apresentadas.

[0103] O controlador 40 controla o sistema de célula de combustível 100 da seguinte forma. O controlador 40 supre ar e hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, para, desse modo, implementar a geração pela pilha de célula de combustível 1. Neste caso, o controlador 40 supre ar e hidrogênio de tal modo que a pressão do ar e do hidrogênio supridos à pilha de célula de combustível 1 se torne uma pressão de operação predeterminada. Esta pressão de operação é ajustada, por exemplo, como um determinado valor padrão independente da energia gerada pela pilha de célula de combustível 1, ou ajustada como valores variáveis de acordo com a energia gerada pela pilha de célula de combustível 1.

[0104] De acordo com a terceira modalidade, em termos do suprimento de ar ao eletrodo oxidante 34, o controlador 40 implementa o controle de pressão de acordo com a pressão de operação predeterminada. Entretanto, em termos do suprimento de hidrogênio ao eletrodo do combustível 67, o controlador 40 controla a interrupção de suprimento de hidrogênio de acordo com os padrões de controle que servem para implementar a elevação e queda de pressão na faixa entre uma pressão de limite superior P1 e uma pressão de limite inferior P2. Então, o controlador 40 repete as operações de acordo com o padrão de controle, para, desse modo, conforme mostrado na Figura 14, suprir hidrogênio ao eletrodo do combustível 67 enquanto altera periodicamente a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1.

[0105] De modo específico, em uma condição na qual a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite superior P1 e a concentração de hidrogênio suficiente para implementar a geração é mantida no eletrodo do combustível 67, o controlador 40 controla a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 ao grau mínimo de abertura, para, desse modo, interromper o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1. Quando a partir da pilha de célula de combustível 100 por meio do dispositivo de extração de saída 30, o controlador 40 continuar a retirar uma corrente de carga que corresponde à carga necessária pelo sistema de célula de combustível 100, o hidrogênio é consumido pela reação de geração, para, desse modo, reduzir a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67.

[0106] Posteriormente, em uma condição na qual a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 é reduzida até a pressão de limite inferior P2, o controlador 40 controla a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 até o grau máximo de abertura, para, desse modo, reiniciar o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1. Através disto, a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 é aumentada. Então, em uma condição na qual a pressão de hidrogênio alcança (retorna à) a pressão de limite superior P1, o controlador 40 controla a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 ao grau mínimo de abertura, para, desse modo, interromper novamente o suprimento de hidrogênio. Repetindo-se a série anterior de processos como um padrão de controle de ciclo único, o controlador 40 supre hidrogênio ao eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 enquanto altera periodicamente a pressão de hidrogênio.

[0107] No presente documento, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 são respectivamente ajustadas com base, por exemplo, em uma pressão de operação específica. É possível monitorar a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 referindo-se aos valores detectados pelo sensor de pressão de hidrogênio 41. Além disso, com o intuito de aumentar a pressão, deseja-se que a pressão de hidrogênio no lado a montante da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 seja ajustada suficientemente alta previamente para, desse modo, aumentar o máximo possível uma velocidade de aumento de pressão. Por exemplo, o período de aumento de pressão a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 é ajustado como estando em uma faixa de 0,1 seg a cerca de 0,5 seg. Entretanto, o tempo a partir da pressão de limite superior P1 até a pressão de limite inferior P2 se encontra em uma faixa de 1 seg a cerca de 10 seg, no entanto, o tempo anterior depende da pressão de limite superior P1, da pressão de limite inferior P2 e do valor de corrente retirado da pilha de célula de combustível 1, ou seja, a velocidade de consumo de hidrogênio.

[0108] No controle de suprimento de hidrogênio que envolve a elevação e queda de pressão periódica anterior, como um dos recursos da terceira modalidade, um primeiro tempo de manutenção Tp1 e um segundo tempo de manutenção Tp2 para manter a pressão do eletrodo do combustível 67 respectivamente na pressão de limite superior P1 e na pressão de limite inferior P2 podem ser ajustados ao padrão de controle. O controlador 40 pode ajustar arbitrariamente o primeiro tempo de manutenção Tp1 e o segundo tempo de manutenção Tp2 em uma faixa de zero até um valor predeterminado.

[0109] Conforme mostrado na Figura 15, o primeiro tempo de manutenção Tp1 é um tempo para manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite superior P1 antes de implementar o primeiro processo para reduzir a pressão do eletrodo do combustível 67 a partir da pressão de limite superior P1 até a pressão de limite inferior P2. De modo específico, sob a condição de que a pressão do eletrodo do combustível 67 é reduzida até a pressão de limite inferior P2, o controlador 40 controla o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 até o grau máximo de abertura O1, para, desse modo, retomar o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, aumentando, assim, a pressão do eletrodo do combustível 67. Sob a condição de que a pressão do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite superior P1, o controlador 40 reduz o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 a partir do grau máximo de abertura O1 até um grau de abertura predeterminado, para, desse modo, manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite superior P1. Então, sob a condição de que o primeiro tempo de manutenção Tp1 decorrido a partir da temporização na qual a pressão do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite superior P1, o controlador 40 controla o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 até um grau mínimo de abertura O2, para, desse modo, interromper o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1.

[0110] Em contrapartida, conforme mostrado na Figura 16, o segundo tempo de manutenção Tp2 é um tempo para manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite inferior P2 antes de implementar o segundo processo para aumentar a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1. De modo específico, sob a condição de que a pressão do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite superior P1, o controlador 40 controla o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 até o grau mínimo de abertura 02, para, desse modo, interromper o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1. Sob a condição de que a pressão de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 é reduzida até a pressão de limite inferior P2, o controlador 40 aumenta o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 a partir do grau mínimo de abertura O2 até um grau de abertura predeterminado, para, desse modo, manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite inferior P2. Então, sob a condição de que o segundo tempo de manutenção Tp2 decorrido a partir da temporização na qual a pressão do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite inferior P2, o controlador 40 controla o grau de abertura Ot da válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 até o grau máximo de abertura O1, para, desse modo, retomar o suprimento de hidrogênio à pilha de célula de combustível 1, aumentado, assim, a pressão do eletrodo do combustível 67.

[0111] A Figura 17 é uma vista explicativa que mostra a carga em relação a cada primeiro tempo de manutenção Tp1 e segundo tempo de manutenção Tp2. Por exemplo, no caso de uma carga baixa (por exemplo, uma condição de retirar a corrente de carga até cerca de 1/3 de uma corrente de carga estabelecida) como uma cena de operação do sistema de célula de combustível 100, cada primeiro tempo de manutenção Tp1 e segundo tempo de manutenção Tp2 é ajustado em zero. Então, no caso de uma carga intermediária (por exemplo, uma condição de retirar a corrente de carga maior que cerca de 1/3 até menor que cerca de 2/3 da corrente de carga estabelecida), o primeiro tempo de manutenção Tp1 é ajustado em zero, enquanto o segundo tempo de manutenção Tp2 é ajustado de modo que aumente à medida que a carga é aumentada com zero sendo um ponto inicial. Além disso, no caso de uma carga alta (por exemplo, uma condição de retirar a corrente de carga maior ou igual a cerca de 2/3 da corrente de carga estabelecida), o primeiro tempo de manutenção Tp1 é ajustado como sendo aumentado à medida que a carga é aumentada com zero sendo o ponto inicial, enquanto o segundo tempo de manutenção Tp2 é ajustado constante. Desta forma, o controlador 40 pode determinar o primeiro tempo de manutenção Tp1 e o segundo tempo de manutenção Tp2 de acordo com as condições de carga. Em outras palavras, de acordo com a carga, o controlador 40 pode selecionar se mantém a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite superior P1 ou na pressão de limite inferior P2.

[0112] Conforme apresentado anteriormente, de acordo com a terceira modalidade, conforme mostrado na Figura 17, quando a carga necessária for alta (a corrente de carga é grande), o controlador 40 aumenta a quantidade de suprimento de hidrogênio no período de implementação de um padrão de controle, comparado a quando a carga necessária é baixa (a corrente de carga é pequena). Na cena de operação, tal como uma carga alta, a quantidade de consumo de hidrogênio provavelmente é grande. Portanto, com o intuito de abranger o suprimento de hidrogênio, pode-se aumentar o número de implementações da elevação e queda de pressão correspondente a um padrão de controle. No entanto, de acordo com a terceira modalidade, a quantidade de suprimento de hidrogênio no período de implementação de um padrão de controle é aumentada, portanto, o aumento do número de implementações da elevação e queda de pressão por tempo unitário pode ser suprimido. Através disto, a tensão aplicada à pilha de célula de combustível 1 ou a componentes associados a hidrogênio pode ser aliviada, portanto, a deterioração do sistema de célula de combustível 100 pode ser suprimida.

[0113] Além disso, de acordo com a terceira modalidade, conforme mostrado na Figura 16, o primeiro tempo de manutenção Tp1 para manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite superior P1 antes de implementar o primeiro processo e o segundo tempo de manutenção Tp2 para manter a pressão do eletrodo do combustível 67 na pressão de limite inferior P2 antes de implementar o segundo processo podem ser ajustados ao padrão de controle. Então, quanto maior a carga necessária, por mais tempo o controlador 40 ajustará o primeiro tempo de manutenção Tp1 ou o segundo tempo de manutenção Tp2. Com a carga necessária sendo alta, a quantidade de consumo de hidrogênio é aumentada, para, desse modo, aumentar a velocidade de queda de pressão no primeiro processo. No entanto, de acordo com a terceira modalidade, quanto maior a carga necessária, por mais tempo o primeiro tempo de manutenção Tp1 e o segundo tempo de manutenção Tp2 serão ajustados. Através disto, o período a partir da temporização na qual a pressão do eletrodo do combustível 67 alcança a pressão de limite superior P1 até a temporização na qual a pressão do eletrodo do combustível. 67 é retornada a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 pode ser ajustado como sendo longo. Ou seja, o ajuste longo do primeiro tempo de manutenção Tp1 e do segundo tempo de manutenção Tp2 pode alongar o período de implementação de um padrão de controle, suprindo, assim, o aumento no número de implementações da elevação e queda de pressão por tempo unitário. Através disto, a tensão aplicada à pilha de célula de combustível 1 ou componentes associados a hidrogênio pode ser aliviada, suprimindo, assim, a deterioração do sistema de célula de combustível 100.

[0114] Particularmente, prefere-se que quanto maior a carga necessária, por mais tempo o controlador 40 ajuste o primeiro tempo de manutenção Tp1. Com a carga necessária aumentada, conforme pode ser o caso, é difícil manter a pressão parcial de hidrogênio no eletrodo do combustível 67. Portanto, o ajuste longo do primeiro tempo de manutenção Tp1 para a pressão de limite superior P1 pode acarretar em um efeito que a pressão parcial de hidrogênio pode ser mantida com facilidade mesmo quando a carga necessária for alta.

[0115] Além disso, de acordo com a terceira modalidade, quanto maior a carga necessária na região da carga necessária a partir da carga baixa até a carga intermediária, por mais tempo o segundo tempo de manutenção Tp2 será ajustado (inferior na Figura 17). A partir da carga baixa até a carga intermediária, a água líquida provavelmente é armazenada no eletrodo do combustível 67. O ajuste longo do segundo tempo de manutenção Tp2 para a pressão de limite inferior P2 pode aumentar a precisão de implementação do processo de descarga de água líquida. Além disso, é preferível que quanto maior a carga necessária na região da carga necessária a partir da carga intermediária até a carga alta, por mais tempo o controlador 40 ajustará o primeiro tempo de manutenção Tp1 (superior na Figura 17). Quando a carga necessária for aumentada, manter a pressão parcial de hidrogênio no eletrodo do combustível 67, conforme pode ser o caso, fica difícil. Portanto, o ajuste longo do primeiro tempo de manutenção Tp1 para a pressão de limite superior P1 pode acarretar em um efeito que a pressão parcial de hidrogênio pode ser mantida com facilidade mesmo quando a carga necessária for alta.

[0116] Além disso, conforme mostrado na Figura 18, a pressão parcial de hidrogênio pode ser mantida da seguinte maneira: quanto maior for a concentração de impurezas, tal como a concentração de nitrogênio no eletrodo do combustível 67 (isto é, imediatamente após o sistema de célula de combustível 100 ser iniciado), por mais tempo o primeiro tempo de manutenção Tp1 para manter a pressão de limite superior P1 é ajustado. Neste caso, quanto mais longo for o tempo até que o sistema de célula de combustível 100 reinicie após a interrupção, maior será a concentração de gás inativo no eletrodo do combustível 67. Portanto, o primeiro tempo de manutenção Tp1 para manter a pressão de limite superior P1 pode se tornar variável medindo-se o período de interrupção do sistema de célula de combustível 100 ou medindo-se a concentração de nitrogênio no eletrodo do combustível 67 no início do sistema de célula de combustível 100.

[0117] Além disso, no sistema de célula de combustível 100 que não adota marcha lenta (ou redução de emissões em marcha lenta) que, na carga baixa, e similares, interrompe temporariamente a geração da pilha de célula de combustível 1 e permite o deslocamento por meio de uma energia proveniente de uma bateria secundária, a concentração de nitrogênio no eletrodo do combustível 67 é alta mesmo imediatamente após a recuperação a partir da isenção de marcha lenta (ou redução de emissões em marcha lenta). Então, nesse caso, o primeiro tempo de manutenção Tp1 pode ser ajustado longo. (Quarta Modalidade) [0118] Nas partes que se seguem do presente documento, apresenta-se o sistema de célula de combustível 100 de acordo com a quarta modalidade da presente invenção. No presente documento, a estrutura do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a quarta modalidade é similar àquela de acordo com a primeira a terceira modalidades, portanto, explicações repetidas devem ser omitidas. De acordo com a quarta modalidade, apresenta-se um método de ajustar a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2. (Primeiro Método de Ajuste) [0119] Em relação ao primeiro método de ajuste, a de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 podem ser ajustadas de acordo com a corrente de carga. Com base na velocidade do veículo, a quantidade de operação de aceleração do motorista, e as informações sobre a bateria secundária, o controlador 40 determina a energia de geração alvo da pilha de célula de combustível 1 como a carga necessária para o sistema de célula de combustível 100. Com base na energia de geração alvo, o controlador 40 calcula a corrente de carga que consiste em um valor de corrente a ser coletado a partir da pilha de célula de combustível 1.

[0120] A Figura 19 é uma vista explicativa que mostra a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 em relação à corrente de carga Ct. Uma pressão de operação Psa para suprir o gás reativo necessário para coletar a corrente de carga Ct a partir da pilha de célula de combustível 1 pode ser definida através de experimentos ou simulações considerando-se as características do sistema de célula de combustível 100, tal como a pilha de célula de combustível 1, o sistema de hidrogênio, o sistema de ar, e similares. Cr na Figura 19 denota uma corrente de carga estabelecida Cr {da mesma forma, em uma Figura 20(b) descrita mais adiante}.

[0121] Com o intuito de suprir ar ao eletrodo oxidante 34, a pressão de operação Psa é ajustada como uma pressão de operação alvo.

[0122] Em contrapartida, objetivando suprir hidrogênio ao eletrodo do combustível 67, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 são respectivamente ajustadas com base na pressão de operação Psa. No presente documento, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 são ajustadas de tal modo que quanto maior for a corrente de carga Ct, maior será a pressão diferencial entre a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2, ou seja, maior será a largura de alteração de pressão na operação de suprimento de gás.

[0123] Através da estrutura anterior, quanto maior for a carga necessária, maior poderá ser o aumento na quantidade de suprimento de hidrogênio no período de implementação de um padrão de controle. Através disto, o aumento no número de implementações da elevação e queda de pressão por tempo unitário pode ser suprimido. Através disto, a deterioração do sistema de célula de combustível 100 pode ser suprimida. (Segundo método de ajuste) [0124] Em relação ao segundo método de ajuste, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 podem ser ajustadas considerando-se a segurança de geração da pilha de célula de combustível 1. No caso de uma carga baixa, ou seja, quando a corrente de carga for pequena, a pressão diferencial entre a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 é ajustada de modo que seja relativamente pequena, por exemplo, cerca de 50 kPa. Neste caso, a concentração média de hidrogênio na célula de combustível individual é igual a cerca de 40%. Em contrapartida, no caso de uma carga alta, ou seja, quando a corrente de carga for grande, a pressão de suprimento em cada lado do eletrodo oxidante 34 e lado do eletrodo do combustível 67 deve ser totalmente aumentada visto que a pressão do gás aumentada pode aumentar a eficiência de geração. Além disso, a diferença entre a pressão de limite superior Pt e a pressão de limite inferior P2 é ajustada em cerca de 100 kPa. Neste caso, a pilha de célula de combustível 1 é operada com a concentração média de hidrogênio de cerca de 75% na célula de combustível individual.

[0125] De acordo com a quarta modalidade que implementa a elevação e queda periódica de pressão, a atmosfera na pilha de célula de combustível 1 (eletrodo do combustível 67) se encontra em uma condição onde a concentração de hidrogênio é baixa na temporização da pressão de limite inferior P2 enquanto a concentração de hidrogênio é alta na temporização da pressão de limite superior P1. Ou seja, o aumento da pressão a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 introduz um gás com alta concentração de hidrogênio ao eletrodo do combustível 67, para, desse modo, promove um gás com baixa concentração de hidrogênio a partir da pilha de célula de combustível 1 até a porção de capacidade 12. Além disso, o gás com alta concentração de hidrogênio agira o gás no eletrodo do combustível 67.

[0126] As Figuras 20(a) e 20(b) são vistas explicativas que mostram, de modo esquemático, a capacidade Rs e a capacidade Rt do lado do eletrodo do combustível 67 da porção de capacidade 12 na pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, no caso onde a pressão de limite superior P1 é ajustada em 200 kPa (pressão absoluta) e a pressão de limite inferior P2 é ajustada em 150 kPa (pressão absoluta), a razão de pressão P1/P2 entre a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 é igual a cerca de 1,33. Neste caso, conforme mostrado na Figura 20(a), a pressão aumentada a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 permite um influxo de hidrogênio adicional até cerca de 1/4 da capacidade (de modo específico, a capacidade da pilha de célula de combustível 1 e a capacidade da porção de capacidade 12) do sistema de combustível (= sistema de hidrogênio), ou seja, até o ponto de 50% da pilha de célula de combustível 1 [nas partes que se seguem do presente documento, esta condição é expressa como a razão de troca de hidrogênio 0,5 {se refere à Figura 20(b)}] [0127] No caso de uma carga alta, a velocidade de consumo de hidrogênio é baixa, a razão de troca de hidrogênio acerca do grau anterior pode implementar a geração da pilha de célula de combustível 1. Neste caso, por exemplo, a concentração de hidrogênio do efluente gasoso de eletrodo de hidrogênio de média temporal é igual a cerca de 40%. Em contrapartida, no caso de uma carga alta, a razão de pressão P1/P2 (por exemplo, 2 ou maior) que substitui todo o eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 por um hidrogênio adicional é preferível, ou seja, a razão de troca de hidrogênio de cerca de 1 é preferível. Embora a concentração de hidrogênio descarregada seja preferencialmente suprimida, a concentração de hidrogênio maior ou igual a um valor predeterminado é necessária para implementar estavelmente a geração (por exemplo, cerca de 75% ou maior se necessário) visto que a velocidade de consumo de hidrogênio é alta.

[0128] Nos casos anteriores, objetivando ajustar a concentração de hidrogênio, a válvula de purga 14 abre o canal de fluxo de efluente gasoso de eletrodo do combustível L2. Através disto, essa quantidade mínima de gás (taxa de vazão) pode ser continua ou intermitentemente descarregada a partir da válvula de purga 14 de modo a não evitar o suprimento de hidrogênio atribuível à elevação e queda periódica de pressão. Visto que o gás (taxa de vazão) descarregada a partir da válvula de purga 14 é mínima, o gás é diluído por um escape do lado catódico (efluente gasoso) e, então, é descarregado com segurança para fora do sistema. A abertura da válvula de purga 14 é implementada para descarregar as impurezas (nitrogênio ou vapor) a partir do eletrodo do combustível 67, no entanto, o hidrogênio é misturado no eletrodo do combustível 67. Portanto, é preferível descarregar efetivamente as impurezas suprimindo-se a descarga de hidrogênio.

[0129] Então, de acordo com a quarta modalidade, no suprimento de hidrogênio, a válvula de purga 14 é controlada ao estado aberto correspondente ao processo para aumentar a pressão de hidrogênio a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 (segundo processo), para, desse modo, abrir a válvula de purga 14 (processo de purga). De modo específico, o controlador 40 monitora a pressão do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1, e, então, controla a válvula de purga 14 ao estado aberto de acordo com uma temporização na qual a pressão monitorada alcança a pressão de limite inferior P2, além disso, o controlador 40 controla a válvula de purga 14 ao estado fechado de acordo com uma temporização na qual a pressão monitorada alcança a pressão de limite superior P1 (padrão básico de controle). Através disto, o gás com baixa concentração de hidrogênio é empurrado na porção de capacidade 12 a partir da pilha de célula de combustível 1, e, então, o gás com baixa concentração de hidrogênio é descarregado a partir da porção de capacidade 12 por meio da válvula de purga 14 antes do gás com alta concentração de hidrogênio alcançar a válvula de purga 14. Através disto, muitas impurezas podem ser eficientemente descarregadas.

[0130] No entanto, o controle de abertura e fechamento da válvula de purga 14 não se limita a este padrão básico de controle. Visto que a válvula de purga 14 é controlada ao estado aberto de modo a incluir pelo menos o processo de aumentar a pressão a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 (segundo processo), o controle de abertura e fechamento da válvula de purga 14 é suficiente. Portanto, a temporização para controlar a válvula de purga 14 ao estado fechado também pode ser modificada para uma temporização que é mais atrasada do que a temporização (nas partes que se seguem do presente documento, referida como “temporização básica de fechamento”) na qual a pressão de hidrogênio alcança a pressão de limite superior P1. Por exemplo, considerando-se uma velocidade de difusão, um limite entre o hidrogênio de concentração alta e o hidrogênio de concentração baixa pode ser determinado como uma face constante em um curto período de tempo. Então, em relação à pilha de célula de combustível 1 e à porção de capacidade 12 durante a operação de suprimento de hidrogênio, quanto tempo leva para que uma face de limite (denominada como parte frontal de hidrogênio) alcançar, e até qual posição a face de limite alcança, devem ser estimados previamente através de experimentos ou simulações. Então, até que a face limite alcance a válvula de purga 14, a temporização de controlar a válvula de purga 14 ao estado fechado pode ser mais retardada do que a temporização básica de fechamento.

[0131] Além disso, não é necessário implementar o tratamento de purga para cada implementação do padrão de controle, de modo específico, para cada processo de aumento de pressão (segundo processo). Por exemplo, sob a condição de que a concentração de hidrogênio no eletrodo do combustível 67 alcança um ponto inferior ou igual a um limite predeterminado de determinação, a válvula de purga 14 pode ser aberta de acordo com o processo de aumento de pressão subsequente.

[0132] Além disso, visto que a água líquida também é considerada como um fator para atrapalhar a reação de geração, a água líquida também pode ser descarregada. No entanto, comparado à presença do gás inativo, o tempo para a água líquida causar uma influência é mais longo. Portanto, é preferível implementar o tratamento de descarga de água líquida em uma pluralidade de operações periódicas de elevação e queda de pressão ou em intervalos de tempo predeterminados, ao invés de cada operação periódica de elevação e queda de pressão. É suficiente que a água líquida seja extraída da parte interna da pilha de célula de combustível 1. Portanto, a descarga da água líquida a partir da pilha de célula de combustível 1 até a porção de capacidade 12 deve ser levada em consideração. Neste caso, visto que o aumento da velocidade de vazão é necessário, a pressão diferencial entre a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 é, de preferência, ajustada em cerca de 100 kPa.

[0133] Além disso, em termos da pressão de limite superior P1 e da pressão de limite inferior P2, os métodos adicionais a seguir podem ser ajustados além do método descrito para variar a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 de acordo com a carga necessária.

[0134] Em primeiro lugar, assim como o primeiro método adicional, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 podem ser ajustadas de acordo com uma pressão diferencial permissível entre o eletrodo oxidante 34 e o eletrodo do combustível 67 na célula de combustível.

[0135] Além disso, como o segundo método adicional, no sistema de célula de combustível 100 que serve para implementar o tratamento de purga para descarregar o gás inativo acumulado no eletrodo do combustível 67, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 podem ser restritas de modo a manterem a pressão mínima para implementar com segurança a purgação.

[0136] Além disso, como o terceiro método adicional, a pressão de limite superior P1 é ajustada maior à medida que a concentração de nitrogênio (concentração de impurezas) no eletrodo do combustível 67 é elevada, e a pressão de limite inferior P2 é ajustada para um valor menor em uma condição onde se espera que a quantidade de permanência de água líquida ou a quantidade de água líquida geração no eletrodo do combustível 67 seja grande. Através disto, uma pressão diferencial grande é mantida quando for determinado que a água líquida é atualmente armazenada, para, desse modo, ser capaz de implementar com segurança a descarga de água líquida.

[0137] Além disso, como o quarto método adicional, em um caso onde se supõe que a quantidade de água líquida que permanece na pilha de célula de combustível 1 seja grande, conforme mostrado na Figura 21, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 são ajustadas de modo a permitirem que a razão de pressão (P1/P2) entre a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 seja temporariamente grande (P1w/P2w). A largura de pressão ΔΡ2 (=P1w - P2w) necessária para descarregar a água líquida no eletrodo do combustível 67 é, por exemplo, maior ou igual a 100 kPa, e a largura de pressão ΔΡ1 (= P1 - P2) para descarregar o gás inativo no eletrodo do combustível 67 é, por exemplo, maior ou igual a 50 kPa. Conforme descrito anteriormente, visto que as larguras de pressão das duas são diferentes uma das outras, a pressão de limite superior P1 e a pressão de limite inferior P2 são ajustadas conforme descrito anteriormente considerando a descarga de água líquida.

[0138] No presente documento, quando a pressão de limite superior P1 for ajustada alta, ou seja, até P1w, conforme descrito no terceiro e quarto métodos adicionais, a velocidade de redução da pressão a partir da pressão de limite superior P1 até a pressão de limite inferior P2 é reduzida vista que a velocidade de consumo de hidrogênio é pequena na região de carga baixa. Neste caso, visto que o tempo é necessário até que a pressão alcance a pressão de limite inferior P2, conforme pode ser o caso, o segundo processo para aumentar a pressão a partir da pressão de limite inferior P2 até a pressão de limite superior P1 pode não ser implementado durante um determinado período.

[0139] Então, conforme mostrado na Figura 22, quando a pressão de limite superior P1 for ajustada alta (por exemplo, pressão P1w) na condição de carga baixa, permite-se que o controlador 40 aumente temporariamente a corrente coletada a partir da pilha de célula de combustível 1 para, desse modo, aumentar a velocidade de queda de pressão. Por exemplo, quando a corrente não for aumentada, o tempo necessário para reduzir a pressão a partir da pressão de limite superior P1w até a pressão de limite inferior P2 é um tempo Tm2. Entretanto, o aumento da corrente permite que o tempo necessário para reduzir a pressão a partir da pressão de limite superior P1w até a pressão de limite inferior P2 seja um tempo Tm3 (=Tm1) que é menor que o tempo Tm2. Através disto, pode-se suprimir uma interferência ao controle de elevação e queda de pressão para a descarga de gás inativo ou uma interferência ao controle de elevação e queda de pressão para a descarga de água líquida subsequente.

[0140] Além disso, quando a condição de geração puder possivelmente ser tornada instável atribuível a um aumento temporário da corrente coletada a partir da pilha de célula de combustível 1, que aumenta temporariamente é implementada em tal cena onde a voltagem da pilha de célula de combustível 1 é reduzida, ou no caso onde o nível de carga da bateria secundária para armazenar a corrente coletada é alto, pode-se utilizar outro método para aumentar a velocidade de queda de pressão, ao invés do método de aumentar a corrente coletada.

[0141] Como outro método para aumentar a velocidade de queda de pressão, por exemplo, a taxa de vazão do efluente gasoso do eletrodo do combustível descarregado a partir da válvula de purga 14 deve ser aumentada. Além disso, a velocidade de queda de pressão pode ser aumentada aumentando-se a capacidade do eletrodo do combustível 67. Como um método para aumentar a capacidade do eletrodo do combustível 67, o nível de controle de água líquida no eletrodo do combustível 67 é reduzida, para, desse modo, descarregar a água líquida no eletrodo do combustível 67.

[0142] Além disso, como um método de estimar a quantidade de permanência de água líquida no eletrodo do combustível 67, pode-se considerar um método de estimação acumulando-se a corrente de carga com base no recurso que a quantidade de geração de água líquida é substancialmente proporciona à corrente de carga. Além disso, a quantidade de extração de água líquida pode ser estimada pelo tempo decorrido a partir da temporização da descarga de água líquida implementada previamente. Além disso, medindo-se a voltagem da célula de combustível, permite-se a estimativa, com base na voltagem da célula de combustível que é anormalmente reduzida, que a quantidade de permanência de água líquida é grande. Além disso, na estimação da quantidade de permanência de água líquida, a temperatura da água de resfriamento que serve para resfriar a pilha de célula de combustível 1 pode ser usada para corrigir a quantidade de permanência de água líquida. A razão para isto é que mesmo quando a corrente de carga for igual, quanto menor for a temperatura da água de resfriamento, maior será a quantidade de água líquida (quantidade) que permanecerá. Da mesma forma, o número de pulsações de pressão ou a quantidade de ar do cátodo também pode corrigir a quantidade de permanência de água líquida. (Quinta Modalidade) [0143] Nas partes que se seguem do presente documento, o sistema de célula de combustível 100 de acordo com a quinta modalidade da presente invenção deve ser apresentado. De acordo com a terceira modalidade, o processo de operação ordinária para implementar a geração de acordo com a corrente de carga na pilha de célula de combustível 1 foi apresentado. Entretanto, de acordo com a quinta modalidade, o processo de cada início e interrupção do sistema de célula de combustível 100 deve ser apresentado. No presente documento, a estrutura do sistema de célula de combustível 100 de acordo com a quinta modalidade é semelhante àquela de acordo com a primeira à quarta modalidades, portanto, explicações repetidas serão omitidas e as diferenças devem ser principalmente apresentadas. (Processo de Início) [0144] Em primeiro lugar, apresenta-se o processo de início do sistema de célula de combustível 100. No caso onde após a interrupção do sistema de célula de combustível 100, a pilha de célula de combustível 1 for deixada por um instante ao invés de ser imediatamente iniciada, carrega-se um gás com baixa concentração de hidrogênio no eletrodo do combustível 67. No caso de iniciar o sistema 10 no estado anterior, o gás com baixa concentração de hidrogênio deve ser descarregado a partir do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1. Portanto, o gás com baixa concentração de hidrogênio deve ser momentaneamente suprido a partir do tanque de combustível 10 em uma pressão de limite superior inicial predeterminada, para, desse modo, aumentar a pressão do gás no eletrodo do combustível 67. Neste caso, a válvula de purga 14 também é controlada ao estado aberto. Através disto, a passagem da parte frontal de hidrogênio que é a face limite entre o gás com baixa concentração de hidrogênio e o gás com alta concentração de hidrogênio pode ser acelerada, e, também, a parte frontal de hidrogênio pode ser empurrada para fora do eletrodo do combustível 67.

[0145] Então, antes da temporização na qual a parte frontal de hidrogênio alcança a válvula de purga 14, a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11 e a válvula de purga 14 são controladas ao estado fechado, para, desse modo, implementar a geração e consumo de hidrogênio, reduzindo, assim, a pressão de hidrogênio no eletrodo do combustível 67. Então, quando a pressão de hidrogênio alcançar uma pressão de limite inferior inicial predeterminada, a pressão de hidrogênio é novamente aumentada até a pressão de limite superior inicial predeterminada. Então, as operações anteriores de elevação e queda de pressão devem ser repetidas até que a concentração de hidrogênio do eletrodo do combustível 67 da pilha de célula de combustível 1 alcance a concentração média predeterminada de hidrogênio.

[0146] Além disso, um veículo real, conforme pode ser o caso, inicia um movimento durante o período que tal processo de início anterior estiver sendo implementado. Neste caso, a saída proveniente da bateria secundária instalada pode ser usada. (Processo de Interrupção) [0147] Então, apresenta-se processo de interrupção do sistema de célula de combustível 100. Como uma cena inicial após a interrupção do sistema de célula de combustível 100, supõe-se um ambiente de baixa temperatura. Neste caso, quando a água líquida estiver presente na pilha de célula de combustível 1, a válvula de ajuste de pressão de hidrogênio 11, a válvula de água de descarga 13, a válvula de purga 14, e similares, na interrupção do sistema de célula de combustível 100, conforme pode ser o caso, congelam e desabilitam o início do sistema de célula de combustível 100. Portanto, é necessário estabelecer um processo para extrair a água líquida na interrupção do sistema de célula de combustível 100. Em primeiro lugar, deve-se suprir ar ao eletrodo oxidante 34 enquanto se implementa a geração na condição de baixa carga. No lado do eletrodo do combustível 67, as operações de elevação e queda de pressão devem ser repetidamente implementadas de acordo com o padrão de controle, como a terceira modalidade. Neste caso, por exemplo, com a pressão de limite superior P1 em 200 kPa (pressão absoluta) e a pressão de limite inferior P2 em 101,3 kPa, valores suficientes devem ser ajustados previamente para descarregar a água líquida a partir do eletrodo do combustível 67. Além disso, o número de repetições das operações de elevação e queda de pressão para descarregar suficientemente a água líquida deve ser obtido previamente através de experimentos ou simulações. Com base nos números obtidos, as operações de elevação e queda de pressão devem ser repetidas. Através disto, finaliza-se a geração.

[0148] Então, com a válvula de água de descarga 13 controlada ao estado aberto, a água líquida de descarga a partir da pilha de célula de combustível 1 até a porção de capacidade 12 é descarregada. Então, utiliza-se a energia que foi gerada imediatamente antes da operação de descarga, para, desse modo, operar os dispositivo de aquecimento, tal como um aquecedor, e similares, após a operação de descarga anterior, aquecendo, assim, a válvula de purga 14 e a válvula de água de descarga 13, para, desse modo, secar a água líquida de descarga.

[0149] De acordo com a quinta modalidade, no sistema de célula de combustível 100, o processo de interrupção pode realizar uma capacidade de partida no início, além disso, até mesmo o processo no início pode descarregar impurezas de modo mais preferencial que o hidrogênio.

[0150] Todos os conteúdos do Pedido de Patente Japonesa Aberto à Inspeção Pública No. 2008-298191 (depositado em 21 de novembro de 2008) e do Pedido de Patente Japonesa Aberto à Inspeção Pública No. 2008-302465 (depositado em 27 de novembro de 2008) estão aqui incorporados a título de referência objetivando ter proteção contra erros de tradução ou partes omitidas.

[0151] Conforme apresentado anteriormente, os conteúdos da presente invenção foram apresentados com base nas modalidades. No entanto, é óbvio a um indivíduo versado na técnica que a presente invenção não se limita às modalidades anteriores e várias modificações e aperfeiçoamentos são permitidos.

[Aplicabilidade Industrial] [0152] De acordo com a presente invenção, com base no primeiro padrão de alteração de pressão para implementar a alteração de pressão na primeira largura de pressão, a pressão do gás combustível no eletrodo do combustível é periodicamente alterada, para, desse modo, ser capaz de agitar o gás do lado do eletrodo do combustível. Através disto, o lado do eletrodo do combustível pode se tornar uniforme.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de célula de combustível (100), compreendendo: uma célula de combustível (1) para gerar uma energia causando uma reação eletroquímica entre um gás oxidante suprido a um eletrodo oxidante (34) e um gás combustível suprido a um eletrodo do combustível (67); um dispositivo de suprimento de gás combustível (HS: 10, 11, L1) para suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível (67); um sistema de descarga capaz de abrir e fechar uma saída do lado do eletrodo do combustível (67) e um controlador (40) que serve para controlar o dispositivo de suprimento de gás combustível (HS: 10, 11, L1) para, desse modo, suprir o gás combustível ao eletrodo do combustível (67), sendo que o controlador (40) é configurado para implementar uma alteração de pressão, sendo que, com base em um primeiro padrão de alteração de pressão (T1^T2. T3^T4) para implementar a alteração de pressão em uma primeira largura de pressão (ΔΡ1), o controlador (40) altera periodicamente uma pressão do gás combustível no eletrodo do combustível (67), CARACTERIZADO por com base no primeiro padrão de alteração de pressão (T1^T2. T3^T4) para implementar a alteração de pressão na primeira largura de pressão (ΔΡ1) para fornecer um decréscimo na pressão pela primeira largura de pressão (ΔΡ1) e com base em um segundo padrão de alteração de pressão (Tm^Tn) para implementar a alteração de pressão em uma segunda largura de pressão (ΔΡ2) que é maior que a primeira largura de pressão (ΔΡ1), o controlador (40) altera periodicamente a pressão do gás combustível no eletrodo do combustível (67).

2. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende: um limitador (70: L2, 12, 14) para limitar um gás de descarga descarregado a partir do eletrodo do combustível (67), sendo que o limitador (70: L2, 12, 14) inclui: um canal de fluxo de descarga (L2) que serve para descarregar o gás de descarga a partir do eletrodo do combustível (67), um dispositivo de capacidade (12) disposto no canal de fluxo de descarga (L2) e tendo um espaço (Rt) com uma capacidade predeterminada (Rt), e um obturador (14) disposto em um lado a jusante do dispositivo de capacidade (12) no canal de fluxo de descarga (L2) e configurado para fechar o canal de fluxo de descarga (L2).

3. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador (40) implementa o segundo padrão de alteração de pressão (Tm^Tn) após implementar uma pluralidade de primeiros padrões de alteração de pressão (T1^T2, T3^T4).

4. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em um estado onde a geração de energia da célula de combustível (1) é implementado suprindo-se o gás combustível a partir do dispositivo de suprimento de gás combustível (HS: 10, 11, L1) a uma pressão de operação predeterminada, o controlador (40) interrompe o suprimento de gás combustível à célula de combustível (1), e em uma condição onde a pressão do gás combustível no eletrodo do combustível (67) é reduzida por uma largura de pressão predeterminada (ΔΡ1, ΔΡ2), o controlador (40) reinicia o suprimento do gás combustível à célula de combustível (1), para, desse modo, alterar a pressão do gás combustível no eletrodo do combustível (67).

5. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que quanto menor for uma temperatura de operação da célula de combustível (1), menos o controlador (40) ajustará uma quantidade de suprimento do gás combustível suprido ao eletrodo do combustível (67) atribuível à alteração de pressão.

6. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende: um dispositivo de suprimento de gás oxidante (OS: 20, 22, L5) para suprir o gás oxidante ao eletrodo oxidante (34), sendo que quanto menor for uma pressão de operação do gás oxidante no eletrodo oxidante (34), menos o controlador (40) ajustará uma quantidade de suprimento do gás combustível suprido ao eletrodo do combustível (67) atribuível à alteração de pressão.

7. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato de que quando o controlador (40) ajustar menos a quantidade de suprimento do gás combustível suprido ao eletrodo do combustível (67) atribuível à alteração de pressão, o controlador (40) ajusta por um período de implementação maior a alteração de pressão.

8. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato de que quando o controlador ajustar menos a quantidade de suprimento do gás combustível suprido ao eletrodo do combustível (67) atribuível à alteração de pressão, o controlador (40) ajusta uma largura de pressão menor (ΔΡ1, ΔΡ2).

9. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato de que quando o controlador (40) ajustar menos a quantidade de suprimento do gás combustível suprido ao eletrodo do combustível (67) atribuível à alteração de pressão, o controlador (40) reduz uma frequência de implementação do segundo padrão de alteração de pressão (Tm^Tn) em relação ao primeiro padrão de alteração de pressão (T1^T2, T3^T4).

10. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende: um dispositivo de extração de saída (30) que serve para extrair uma saída a partir da célula de combustível (1), sendo que, o controlador (40) controla o dispositivo de extração de saída (30) para extrair uma saída a partir da célula de combustível (1) onde a saída corresponde a uma carga necessária exigida para o sistema de célula de combustível (100), e o controlador (40) controla o suprimento e a interrupção de gás combustível pelo dispositivo de suprimento de gás combustível (HS: 10, 11, L1) com base em um padrão de controle predeterminado para, desse modo, suprir o gás combustível de tal modo que altere periodicamente a pressão no eletrodo do combustível (67), o padrão de controle predeterminado inclui: um primeiro processo (P1^P2. P1w^P2w) que serve para reduzir a pressão do eletrodo do combustível (67) a partir de uma pressão de limite superior (P1, P1w) até uma pressão de limite inferior (P2, P2w), e um segundo processo (P2^P1. P2w^P1w) que serve para retornar a pressão do eletrodo do combustível (67) a partir da pressão de limite inferior (P2, P2w) até a pressão de limite superior (P1, P1w), e quando a carga necessária for alta, o controlador (40) aumenta a quantidade de suprimento de gás combustível em um período de implementação do padrão de controle predeterminado comparado com quando a carga necessária for baixa.

11. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que: um primeiro tempo de manutenção (Tp1), para manter a pressão do eletrodo do combustível (67) na pressão de limite superior (P1) antes do primeiro processo (P1^P2) ser implementado, ou um segundo tempo de manutenção (Tp2), para manter a pressão do eletrodo do combustível (67) na pressão de limite inferior (P2) antes de o segundo processo (P2^P1) ser implementado, pode ser ajustado ao padrão de controle predeterminado, e quanto maior for a carga necessária, por mais tempo o controlador (40) ajustará o primeiro tempo de manutenção (Tp1) ou o segundo tempo de manutenção (Tp2).

12. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que: um primeiro tempo de manutenção (Tp1) para manter a pressão do eletrodo do combustível (67) na pressão de limite superior (P1) antes de o primeiro processo (P1^P2) ser implementado pode ser ajustado ao padrão de controle predeterminado, e quanto maior for a carga necessária, por mais tempo o controlador (40) ajustará o primeiro tempo de manutenção (Tp1).

13. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que: quanto maior for a carga necessária em uma região a partir de uma carga baixa até uma carga intermediária, por mais tempo o controlador (40) ajustará o segundo tempo de manutenção (Tp2).

14. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que: quanto maior for a carga necessária em uma região a partir de uma carga intermediária até uma carga alta, por mais tempo o controlador (40) ajustará o primeiro tempo de manutenção (Tp1).

15. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que: um primeiro tempo de manutenção (Tp1), para manter a pressão do eletrodo do combustível (67) na pressão de limite superior (P1) antes de o primeiro processo (P1^P2) ser implementado, pode ser ajustado ao padrão de controle predeterminado, e quanto maior for uma concentração de impurezas no eletrodo do combustível (67), por mais tempo o controlador (40) ajustará o primeiro tempo de manutenção (Tp1).

16. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que: quanto maior for uma concentração de impurezas no eletrodo do combustível (67), por mais tempo o controlador (40) ajustará a pressão de limite superior (P1).

17. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que quando a carga necessária for baixa, o controlador (40) ajusta uma velocidade de queda de pressão maior no primeiro processo (P1w^P2w).

18. Sistema de célula de combustível (100), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que quanto maior for a quantidade de água líquida no eletrodo do combustível (67), menos o controlador (40) ajustará a pressão de limite inferior (P2).

19. Método para controlar um sistema de célula de combustível (100), tal como definido na reivindicação 1, compreendendo: gerar energia elétrica por causar uma reação eletroquímica entre um gás oxidante fornecido a um eletrodo oxidante (34) e um gás combustível fornecido a um eletrodo de combustível (67); suprir o gás combustível ao eletrodo de combustível (67) da célula de combustível (1); extrair uma saída da célula de combustível (1); e controlar a operação de suprimento de gás combustível para desta forma suprir o gás combustível para o eletrodo de combustível (67), e implementar uma mudança de pressão, em que baseado em um primeiro padrão de alteração de pressão (T1^T2. T3^T4) para implementar a mudança de pressão em uma primeira largura de pressão (ΔΡ1), a operação de controle periodicamente muda a pressão do gás combustível no eletrodo de combustível (67), CARACTERIZADO por baseado em um primeiro padrão de alteração de pressão (T1^T2, T3^T4) para implementar a mudança de pressão em uma primeira largura de pressão (ΔΡ1) para fornecer um decréscimo na pressão pela primeira largura de pressão (ΔΡ1) e baseado em um segundo padrão de alteração de pressão (Tm^Tn) para implementar a mudança de pressão na segunda largura de pressão (ΔΡ2) que é maior que a primeira largura de pressão (ΔΡ1), o controle da operação periodicamente mudando a pressão do gás combustível no eletrodo de combustível (67).