Комплекс топливного элемента и способ управления им

Комплекс топливного элемента и способ управления им

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к топливному элементу.

2. Описание аналогов

[0002] Топливный элемент обычно имеет секционную структуру, в которой укомплектовано множество отдельных ячеек, служащих в качестве вырабатывающих электроэнергию элементов. Химически активные газы поступают в соответствующие газовые проточные каналы, предусмотренные для каждой отдельной ячейки, через соответствующие коллекторы и подаются в вырабатывающую электроэнергию часть каждой отдельной ячейки. Однако если газовые проточные каналы части отдельных ячеек заблокированы замороженной водой или т.п., количество химически активных газов, подаваемых в часть отдельных ячеек, становится недостаточным, поэтому указанная часть отдельных ячеек может генерировать отрицательное напряжение. В этом отношении, когда работа топливного элемента продолжается в состоянии, в котором часть отдельных ячеек генерирует отрицательное напряжение, не только в целом снижается эффективность выработки электроэнергии топливным элементом, но также могут деградировать электроды этих отдельных ячеек. До настоящего времени предлагались различные способы предотвращения снижения эффективности выработки электроэнергии топливным элементом или деградации топливного элемента, возникающих из-за такого отрицательного напряжения (см. публикацию японской патентной заявки №2006-179389 (JP-А-2006-179389), публикацию японской патентной заявки №2007-035516 (JP-А-2007-035516) и т.п.).

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Изобретение обеспечивает технологию предотвращения снижения эффективности и деградации топливного элемента из-за отрицательного напряжения.

[0004] Изобретение направлено на решение по меньшей мере части вышеописанных проблем и может быть воплощено в следующих примерах осуществления или альтернативных примерах осуществления.

[0005] В одном аспекте изобретения обеспечивается комплекс топливного элемента, который производит электроэнергию, вырабатываемую в ответ на запрос от внешней нагрузки. Комплекс топливного элемента включает: топливный элемент, имеющий по меньшей мере один вырабатывающий электроэнергию элемент; блок обнаружения отрицательного напряжения, сконфигурированный для обнаружения отрицательного напряжения в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе; блок управления, сконфигурированный для регулирования выходной электрической мощности топливного элемента; и блок определения суммарной величины тока, сконфигурированный для определения суммарной величины тока, которую получают путем интегрирования по времени выходного тока топливного элемента, при этом блок управления сконфигурирован для предварительного запоминания корреляции между суммарными величинами тока, допустимыми в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе, и плотностями тока, допустимыми в указанный период, а также блок управления сконфигурирован, чтобы выполнять процесс ограничения выхода для ограничения выходной электрической мощности топливного элемента, с тем чтобы попадать в допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми плотностями тока указанной корреляции, когда в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе обнаружено отрицательное напряжение. В данном случае авторы настоящего изобретения обнаружили, что в вырабатывающем электроэнергию элементе, в котором генерируется отрицательное напряжение, момент времени, в который начинается окисление электрода и начинает снижаться эффективность выработки электроэнергии, может определяться выходным током топливного элемента за период времени, в течение которого генерируется отрицательное напряжение, и суммарной величиной тока, полученной путем интегрирования тока по времени. При таким образом сконфигурированном комплексе топливного элемента, когда генерируется отрицательное напряжение, выходная электрическая мощность топливного элемента ограничивается так, чтобы попадать в предварительно установленный допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми плотностями тока. Таким образом, путем предварительной установки допустимого рабочего диапазона, который не приводит к снижению эффективности вырабатывающего электроэнергию элемента, генерирующего отрицательное напряжение, можно предотвратить снижение эффективности топливного элемента, возникающее из-за отрицательного напряжения, а также предотвратить окисление электрода (деградацию электрода).

[0006] Кроме того, в комплексе топливного элемента, когда корреляция отображается графиком, на котором по первой оси указана суммарная величина тока, а по второй оси указана плотность тока топливного элемента, то корреляция может быть отображена в виде обращенной выпуклостью вниз кривой, по которой допустимая плотность тока уменьшается при увеличении допустимой суммарной величины тока. В случае указанного выше комплекса топливного элемента в корреляции между суммарными величинами тока и плотностями тока, хранящимися в блоке управления, допустимый рабочий диапазон может быть установлен в соответствующих границах, в которых не происходит снижение эффективности вырабатывающего электроэнергию элемента, в котором генерируется отрицательное напряжение. Таким образом, можно дополнительно соответствующим образом предотвратить снижение эффективности и деградацию топливного элемента из-за отрицательного напряжения.

[0007] Кроме того, в комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода при возрастании суммарной величины тока уменьшать плотность тока топливного элемента по обращенной выпуклостью вниз кривой, которая указывает максимальные значения допустимых плотностей тока. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, когда генерируется отрицательное напряжение, можно ограничить выходную электрическую мощность топливного элемента по граничным значениям (допустимым предельным значениям) допустимого рабочего диапазона. Таким образом, можно предотвратить снижение эффективности и деградацию топливного элемента из-за отрицательного напряжения при устранении избыточных ограничений выходной электрической мощности топливного элемента.

[0008] Кроме того, топливный элемент может дополнительно включать: блок регулирования рабочего состояния, сконфигурированный так, чтобы включать по меньшей мере увлажнительный блок, регулирующий степень влажности химически активного газа, подаваемого в топливный элемент, для регулирования уровня влажности внутри топливного элемента, или блок подачи хладагента, регулирующий расход хладагента, подаваемого в топливный элемент, для регулирования рабочей температуры топливного элемента; и блок изменения корреляции, сконфигурированный для изменения корреляции в ответ на по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочую температуру топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда плотность тока, соответствующая выходному току, требуемому внешней нагрузкой, в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе, превышает заданное значение, заставить блок регулирования рабочего состояния регулировать по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочую температуру топливного элемента для расширения допустимого рабочего диапазона таким образом, что блок изменения корреляции изменяет корреляцию. Здесь корреляция между суммарными величинами тока и плотностями тока, которые допустимы для топливного элемента в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение, изменяется в зависимости от уровня влажности внутри топливного элемента или рабочей температуры топливного элемента. Если комплекс топливного элемента сконфигурирован указанным образом, то даже если ток, требуемый для топливного элемента, выходит за пределы допустимого рабочего диапазона топливного элемента, то требуемый ток может быть в пределах допустимого рабочего диапазона за счет того, что регулируется по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочая температура топливного элемента, чтобы расширить допустимый рабочий диапазон.

[0009] Кроме того, в комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда процесс ограничения выхода завершается, в энергонезависимой памяти сохранять суммарную величину выходного тока топливного элемента в процессе ограничения выхода, а также блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда процесс ограничения выхода возобновляется, выполнять процесс ограничения тока с использованием итоговой суммарной величины тока, получаемой путем сложения сохраненной суммарной величины тока с суммарной величиной выходного тока топливного элемента после возобновления процесса ограничения выхода. В случае указанного выше комплекса топливного элемента суммарная величина тока записывается даже после перезапуска комплекса топливного элемента. Следовательно, даже в случае повторного выполнения процесса ограничения тока после перезапуска комплекса топливного элемента, процесс ограничения тока выполняется с использованием итоговой суммарной величины тока, получаемой путем суммирования на основании записанной в памяти суммарной величины тока.

[0010] Кроме того, комплекс топливного элемента может дополнительно включать блок предупредительной сигнализации, сконфигурированный для оповещения пользователя о деградации топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован для предварительного запоминания нижнего предельного значения плотности тока топливного элемента, а также блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда плотность тока топливного элемента ниже, чем нижнее предельное значение в процессе ограничения выхода, заставить блок принудительной сигнализации оповещать пользователя о деградации топливного элемента. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, если топливный элемент не восстановился из состояния отрицательного напряжения, но в процессе ограничения выхода достигнуто предварительно установленное нижнее предельное значение плотности тока топливного элемента, то пользователь оповещается о деградации топливного элемента. Таким образом, пользователь имеет возможность подходящим образом узнать о моменте времени, в который топливному элементу следует пройти текущее техническое обслуживание.

[0011] Кроме того, комплекс топливного элемента может дополнительно включать: блок подачи хладагента, сконфигурированный для подачи хладагента в топливный элемент, чтобы регулировать температуру топливного элемента; и блок измерения температуры, сконфигурированный для измерения рабочей температуры топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода получать оценочную величину нагрева топливного элемента, которая является величиной нагрева топливного элемента, когда топливный элемент заставляют производить электроэнергию при плотности тока, основанной на значении команды плотности тока для топливного элемента, и регулировать количество хладагента, подаваемого в топливный элемент блоком подачи хладагента, на основании рабочей температуры, измеренной блоком измерения температуры, и оценочной величины нагрева. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, даже если выходная электрическая мощность топливного элемента ограничена выполнением процесса ограничения выхода, расход подаваемого хладагента регулируется подходящим образом, поэтому облегчается повышение рабочей температуры топливного элемента, в то время как осуществляется процесс ограничения выхода. Следовательно, существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0012] В комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода использовать оценочную величину нагрева и рабочую температуру, измеренную блоком измерения температуры, для вычисления оценочного повышения температуры топливного элемента, когда топливный элемент заставляют производить электроэнергию в течение заданного периода времени, пока в топливный элемент подается хладагент, а также блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда оценочное повышение температуры ниже или равно заданному пороговому значению, заставлять топливный элемент вырабатывать электроэнергию в состоянии, в котором блок подачи хладагента заставляют прекратить подачу хладагента в топливный элемент. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, когда трудно привести рабочую температуру топливного элемента к запрограммированному значению из-за того, что выход электроэнергии от топливного элемента ограничен процессом ограничения выхода, подача хладагента к топливному элементу прекращается. Таким образом, облегчается повышение температуры топливного элемента, в то время как выполняется процесс ограничения выхода, поэтому существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0013] В дополнение к этому, в комплексе топливного элемента блок управления сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода, когда скорость повышения рабочей температуры топливного элемента ниже предварительно установленного порогового значения, заставить топливный элемент вырабатывать электроэнергию в состоянии, в котором блок подачи хладагента заставляют прекратить подачу хладагента в топливный элемент. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, если степень повышения температуры топливного элемента не достигла запрограммированного значения в соответствии с действительной измеренной рабочей температурой топливного элемента, в то время как осуществляется процесс ограничения выхода, то подача хладагента к топливному элементу прекращается. Таким образом, облегчается повышение температуры топливного элемента, в то время как осуществляется процесс ограничения выхода, поэтому существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0014] Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ управления комплексом топливного элемента, производящим в ответ на запрос от внешней нагрузки электроэнергию, вырабатываемую топливным элементом, имеющим по меньшей мере один вырабатывающий электроэнергию элемент. Способ управления включает: обнаружение отрицательного напряжения в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе; определение суммарной величины тока, получаемой интегрированием по времени выходного тока топливного элемента в период, в течение которого в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе генерируется отрицательное напряжение; обращение к предварительно установленной корреляции между суммарными величинами тока, допустимыми в период, в течение которого в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе генерируется отрицательное напряжение, и плотностями тока, допустимыми в указанный период; и выполнение процесса ограничения выхода для ограничения выходной электрической мощности топливного элемента, с тем чтобы попадать в допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми плотностями тока указанной корреляции.

[0015] В другом дополнительном аспекте настоящего изобретения обеспечивается комплекс топливного элемента, который производит электроэнергию, вырабатываемую в ответ на запрос от внешней нагрузки. Комплекс топливного элемента включает: топливный элемент, имеющий по меньшей мере один вырабатывающий электроэнергию элемент; блок управления, сконфигурированный для регулирования выходной электрической мощности топливного элемента; блок определения суммарной величины тока, сконфигурированный для определения суммарной величины тока, которую получают путем интегрирования по времени выходного тока топливного элемента, при этом блок управления сконфигурирован для предварительного запоминания корреляции между суммарными величинами тока, допустимыми в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе, и плотностями тока, допустимыми в указанный период, а также блок управления сконфигурирован так, чтобы когда удовлетворяется предварительно установленное условие окружающей среды, указывающее возможность генерирования отрицательного напряжения, определять, что в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе генерируется отрицательное напряжение и затем выполнять процесс ограничения выхода для ограничения выходной электрической мощности топливного элемента так, чтобы попадать в допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми плотностями тока указанной корреляции. Даже когда отрицательное напряжение не генерируется в таким образом сконфигурированном комплексе топливного элемента, но условие окружающей среды, которое предполагается эмпирически или экспериментально как случай, в котором высока вероятность генерирования отрицательного напряжения, выполняется процесс ограничения выхода. Таким образом, дополнительно можно надежно предотвратить снижение эффективности и деградацию топливного элемента.

[0016] Кроме того, в комплексе топливного элемента, когда корреляция отображается графиком, на котором по первой оси указана суммарная величина тока топливного элемента, а по второй оси указана плотность тока топливного элемента, корреляция может быть отображена в виде обращенной выпуклостью вниз кривой, по которой допустимая плотность тока уменьшается при увеличении допустимой суммарной величины тока. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, в корреляции между суммарными величинами тока и плотностями тока, хранящимися в блоке управления, допустимый рабочий диапазон может быть установлен в подходящих границах, в которых не происходит снижение эффективности вырабатывающего электроэнергию элемента, генерирующего отрицательное напряжение. Таким образом, можно дополнительно подходящим образом предотвратить снижение эффективности и деградацию топливного элемента из-за отрицательного напряжения.

[0017] Кроме того, в комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода при возрастании суммарной величины тока уменьшать плотность тока топливного элемента по обращенной выпуклостью вниз кривой, которая указывает максимальные значения допустимых плотностей тока. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, когда генерируется отрицательное напряжение, можно ограничить выходную электрическую мощность топливного элемента по допустимым предельным значениям допустимого рабочего диапазона. Таким образом, можно предотвратить снижение эффективности и деградацию топливного элемента из-за отрицательного напряжения при устранении в то же время избыточных ограничений выходной электрической мощности топливного элемента.

[0018] Кроме того, комплекс топливного элемента может дополнительно включать: блок регулирования рабочего состояния, сконфигурированный так, чтобы включать по меньшей мере увлажнительный блок, регулирующий степень влажности химически активного газа, подаваемого в топливный элемент, для регулирования уровня влажности внутри топливного элемента, или блок подачи хладагента, регулирующий расход хладагента, подаваемого в топливный элемент, для регулирования рабочей температуры топливного элемента; и блок изменения корреляции, сконфигурированный для изменения корреляции в ответ на по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочую температуру топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда плотность тока, соответствующая выходному току, требуемому внешней нагрузкой, в период, в течение которого генерируется отрицательное напряжение в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе, превышает заданное значение, заставить блок регулирования рабочего состояния регулировать по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочую температуру топливного элемента для расширения допустимого рабочего диапазона таким образом, что блок изменения корреляции изменяет корреляцию. В вышеуказанном комплексе топливного элемента даже если ток, требуемый для топливного элемента, выходит за пределы допустимого рабочего диапазона топливного элемента, то требуемый ток может быть в пределах допустимого рабочего диапазона за счет того, что регулируется по меньшей мере уровень влажности внутри топливного элемента или рабочая температура топливного элемента, чтобы расширить допустимый рабочий диапазон.

[0019] Кроме того, в комплексе топливного элемента, блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда процесс ограничения выхода завершается, в энергонезависимой памяти сохранять суммарную величину выходного тока топливного элемента в процессе ограничения выхода, а также блок управления сконфигурирован так, чтобы когда процесс ограничения выхода возобновляется, выполнять процесс ограничения тока с использованием итоговой суммарной величины тока, получаемой путем сложения сохраненной суммарной величины тока с суммарной величиной выходного тока топливного элемента после возобновления процесса ограничения выхода. В случае указанного выше комплекса топливного элемента даже в случае повторного выполнения процесса ограничения тока после перезапуска комплекса топливного элемента, процесс ограничения тока выполняется с использованием итоговой суммарной величины тока, получаемой путем суммирования на основании записанной в памяти суммарной величины тока.

[0020] Кроме того, комплекс топливного элемента может дополнительно включать блок предупредительной сигнализации, сконфигурированный для оповещения пользователя о деградации топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован для предварительного запоминания нижнего предельного значения плотности тока топливного элемента, а также блок управления сконфигурирован так, чтобы когда плотность тока топливного элемента ниже, чем нижнее предельное значение в процессе ограничения выхода, заставить блок принудительной сигнализации оповещать пользователя о деградации топливного элемента. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, если топливный элемент не восстановился от отрицательного напряжения, но в процессе ограничения выхода достигнуто предварительно установленное нижнее предельное значение плотности тока топливного элемента, то пользователь оповещается о деградации топливного элемента. Таким образом, пользователь имеет возможность подходящим образом узнать о моменте времени, в который топливному элементу следует пройти техническое обслуживание.

[0021] Кроме того, комплекс топливного элемента может дополнительно включать: блок подачи хладагента, сконфигурированный для подачи хладагента в топливный элемент, чтобы регулировать температуру топливного элемента; и блок измерения температуры, сконфигурированный для измерения рабочей температуры топливного элемента, при этом блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода получать оценочную величину нагрева топливного элемента, которая является величиной нагрева топливного элемента, когда топливный элемент заставляют производить электроэнергию при плотности тока, основанной на значении команды плотности тока для топливного элемента, и регулировать количество хладагента, подаваемого в топливный элемент блоком подачи хладагента на основании рабочей температуры, измеренной блоком измерения температуры, и оценочной величины нагрева. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, даже если выходная электрическая мощность топливного элемента ограничена выполнением процесса ограничения выхода, расход подаваемого хладагента регулируется подходящим образом, поэтому повышение рабочей температуры топливного элемента, в то время как выполняется процесс ограничения выхода, облегчается. Следовательно, существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0022] Кроме того, в комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода использовать оценочную величину нагрева и рабочую температуру, измеренную блоком измерения температуры, для вычисления оценочного повышения температуры топливного элемента, когда топливный элемент заставляют производить электроэнергию в течение заданного периода времени, пока в топливный элемент подается хладагент, а также блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы когда оценочное повышение температуры ниже или равно заданному пороговому значению, заставлять топливный элемент вырабатывать электроэнергию в состоянии, в котором блок подачи хладагента заставляют прекратить подачу хладагента в топливный элемент. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, когда трудно привести рабочую температуру топливного элемента к запрограммированному значению из-за того, что выходная электрическая мощность топливного элемента ограничена процессом ограничения выхода, подача хладагента к топливному элементу прекращается. Таким образом, облегчается повышение температуры топливного элемента при выполнении процесса ограничения выхода, поэтому существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0023] В дополнение к этому в комплексе топливного элемента блок управления может быть сконфигурирован так, чтобы в процессе ограничения выхода, когда скорость повышения рабочей температуры топливного элемента ниже предварительно установленного порогового значения, заставить топливный элемент вырабатывать электроэнергию в состоянии, в котором блок подачи хладагента заставляют прекратить подачу хладагента в топливный элемент. В случае указанного выше комплекса топливного элемента, если степень повышения температуры топливного элемента не достигла запрограммированного значения в соответствии с измеренной рабочей температурой топливного элемента, в то время как выполняется процесс ограничения выхода, то подача хладагента к топливному элементу прекращается. Таким образом, облегчается повышение температуры топливного элемента, в то время как выполняется процесс ограничения выхода, поэтому существует высокая вероятность, что топливный элемент восстанавливается из состояния отрицательного напряжения.

[0024] Еще в одном аспекте настоящего изобретения обеспечивается способ управления комплексом топливного элемента, производящим в ответ на запрос от внешней нагрузки электроэнергию, вырабатываемую топливным элементом, имеющим по меньшей мере один вырабатывающий электроэнергию элемент. Способ управления включает: определение суммарной величины тока, получаемой интегрированием по времени выходного тока топливного элемента в период, в течение которого удовлетворяется предварительно установленное условие окружающей среды, указывающее возможность генерирования отрицательного напряжения в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе;

обращение к предварительно установленной корреляции между суммарными величинами тока, допустимыми в период, в течение которого в указанном по меньшей мере одном вырабатывающем электроэнергию элементе генерируется отрицательное напряжение, и плотностями тока, допустимыми в указанный период; и

выполнение процесса ограничения выхода для ограничения выходной электрической мощности топливного элемента так, чтобы попадать в допустимый рабочий диапазон, определяемый допустимыми суммарными величинами тока и допустимыми плотностями тока указанной корреляции.

[0025] Необходимо отметить, что указанные аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы в различных формах, например, в такой форме как комплекс топливного элемента, как транспортное средство, оборудованное указанным комплексом топливного элемента, как способ управления комплексом топливного элемента, как компьютерная программа, предназначенная для реализации функций указанного комплекса, транспортного средства и способа управления, и как носитель записи, предназначенный для записи указанной компьютерной программы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] Далее будут описаны признаки, преимущества, техническая и промышленная значимость иллюстративных примеров осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одни и те же номера позиций обозначают одни и те же элементы и где:

ФИГ.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения;

ФИГ.2 представляет собой схематическое изображение, показывающее электрическую конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения;

ФИГ.3А и 3В представляют собой графики для иллюстрации управления выходом топливного элемента комплекса топливного элемента в соответствии первым примером осуществления изобретения;

ФИГ.4А, 4В и 4С представляют собой графики для иллюстрации снижения эффективности топливного элемента из-за отрицательного напряжения, генерируемого по причине недостаточной подачи водорода в комплекс топливного элемента;

ФИГ.5 представляет собой блок-схему для иллюстрации процедуры процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в комплексе топливного элемента;

ФИГ.6 представляет собой график для иллюстрации момента, в который в комплексе топливного элемента происходит переход отрицательного напряжения от допустимого уровня выработки электроэнергии к уровню снижения эффективности.

ФИГ.7 представляет собой график для иллюстрации допустимого рабочего диапазона топливного элемента, определенного с помощью эксперимента, в комплексе топливного элемента;

ФИГ.8А, 8В и 8С представляют собой графики для иллюстрации процесса ограничения тока в комплексе топливного элемента.

ФИГ.9 представляет собой схематическое изображение, показывающее электрическую конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии с первым альтернативным примером осуществления изобретения по отношению к первому примеру осуществления;

ФИГ.10 представляет собой блок-схему для иллюстрации процедуры процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии с первым альтернативным примером осуществления по отношению к первому примеру осуществления;

ФИГ.11 представляет собой схематическое изображение, показывающее электрическую конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии со вторым альтернативным примером осуществления по отношению к первому примеру осуществления;

ФИГ.12 представляет собой блок-схему для иллюстрации процедуры процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии со вторым альтернативным примером осуществления по отношению к первому примеру осуществления;

ФИГ.13 представляет собой блок-схему для иллюстрации процедуры процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии со вторым примером осуществления;

ФИГ.14 представляет собой график для иллюстрации процесса ограничения тока в соответствии со вторым примером осуществления;

ФИГ.15 представляет собой схематическое изображение, показывающее электрическую конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии с третьим примером осуществления;

ФИГ.16 представляет собой блок-схему для иллюстрации процедуры процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии с третьим примером осуществления;

ФИГ.17 представляет собой график, показывающий изменение допустимого рабочего диапазона в результате изменения уровня влажности внутри топливного элемента в соответствии с третьим примером осуществления изобретения;

ФИГ.18 представляет собой блок-схему, показывающую процедуру процесса изменение допустимого диапазона в соответствии с третьим примером осуществления;

ФИГ.19 представляет собой график, показывающий пример карты определения влажности, используемой для определения запрограммированной влажности внутри топливного элемента в соответствии с третьим примером осуществления;

ФИГ.20А, 20В и 20С представляют собой графики для иллюстрации процесса определения запрограммированной влажности внутри топливного элемента с использованием карты определения влажности и процесс изменения карты допустимого диапазона в соответствии с третьим примером осуществления;

ФИГ.21А и 21В представляют собой графики для иллюстрации процесса изменения допустимого диапазона в комплексе топливного элемента в соответствии с четвертым примером осуществления;

ФИГ.22 представляет собой блок-схему, показывающую процедуру процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии с пятым примером осуществления;

ФИГ.23 представляет собой блок-схему, показывающую процедуру процесса регулирования хладагента в соответствии с пятым примером осуществления;

ФИГ.24 представляет собой блок-схему, показывающую процедуру процесса восстановления из состояния отрицательного напряжения в соответствии с шестым примером осуществления;

ФИГ.25А и 25В представляют собой блок-схемы, соответственно показывающие первый и второй процессы регулирования хладагента в соответствии с шестым примером осуществления;

ФИГ.26А и 26В представляют собой графики для иллюстрации изменения во времени температуры ячейки с отрицательным напряжением в условиях низкотемпературной внешней среды в соответствии с базисными примерами настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] ФИГ.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее конфигурацию комплекса топливного элемента в соответствии с первым примером осуществления изобретения. Комплекс 100 топливного элемента включает топливный элемент 10, блок управления 20, блок подачи катодного газа 30, блок выпуска катодного газа 40, блок подачи анодного газа 50, блок циркуляции и выпуска анодного газа 60 и блок подачи хладагента 70.

[0028] Топливный элемент 10 представляет собой полимерный электролитический топливный элемент, в который подают водород (анодный газ) и воздух (катодный газ) в качестве химически активных газов для выработки электроэнергии. Топливный элемент 10 имеет секционную структуру, в которой укомплектовано множество вырабатывающих электроэнергию элементов 11, называемых отдельными ячейками. Каждый вырабатывающий электроэнергию элемент 11 включает мембранный электродный узел (не показан) и два сепаратора (не показаны). Мембранный электродный узел представляет собой вырабатывающий электроэнергию элемент, в котором электроды расположены на обеих поверхностях мембраны-электролита. В электродный узел вставлены два сепаратора.

[0029] В данном случае мембрана-электролит может быть выполнена в виде тонкой пленки из твердого полимера, обладающей подходящей протонной проводимостью во влажном состоянии. Кроме того, каждый электрод может быть изготовлен