DE10021720A1 - Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Wasserstoffabgasbrennkammer - Google Patents

Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Wasserstoffabgasbrennkammer

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Abstract

Eine Verbrennungstemperatur in einer Wasserstoffabgasbrennkammer wird berechnet. Eine Abgastemperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer wird durch einen Temperatursensor ermittelt. Ein Absolutwert der Differenz zwischen der ermittelten Abgastemperatur und der berechneten Temperatur wird ermittelt, und wenn diese Temperaturdifferenz größer als ein vorgegebener Wert ist, wird entschieden, dass ein Brennstoffzellensystem eine Abnormität hat, so dass das Fahrzeug angehalten werden soll. Wenn die Temperaturdifferenz jedoch nicht größer als ein anderer vorgegebener Wert ist, welcher größer als der erstgenannte Wert ist, wird ein Schalten auf eine Notlaufsteuerung ausgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Wasserstoffabgasbrennkammer aufweist, in der überwacht wird, ob die Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt für eine schnelle Ermittlung einer Temperaturabnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer, um dadurch zu ermöglichen, eine geeignete Maßnahme zu ergreifen.
In einem Brennstoffzellenfahrzeug der Vergangenheit wurde Wasserstoff durch einen Umformer aus Methanol und Wasser oder aus Methanol, Wasser und Luft erzeugt, und ein Paket wurde verwendet, um elektrische Leistung aus Wasserstoff und Luft zu erzeugen.
Bei diesem Typ eines Brennstoffzellenfahrzeuges wurde Wasserstoffabgas, das aus dem Paket ausströmte, in einer Wasserstoffabgasbrennkammer verbrannt, und Abgaswärme von der Wasserstoffabgasbrennkammer wurde verwendet, um Methanol und Wasser, die einem Verdampfer zugeführt wurden, zu verdampfen.
Die Verbrennungstemperatur in einer Wasserstoffabgasbrennkammer hing von der Menge von Wasserstoffabgas aus dem Paket ab. In den Brennstoffzellenfahrzeugen der Vergangenheit wurde jedoch keine Steuerung der Temperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer ausgeführt. Wenn sich ein Problem in einem Brennstoffzellensystem entwickelte, konnte es passieren, dass die Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer übermäßig niedrig oder übermäßig hoch wurde.
Unter den Gegebenheiten des oben angemerkten Problems ist es wünschenswert, dass die Verbrennungstemperatur einer Wasserstoffabgasbrennkammer gesteuert wird, wenn darin eine abnorme Verbrennungstemperatur auftritt. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Wasserstoffabgasbrennkammer zu schaffen, in welcher, wenn eine Abnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer auftritt, es möglich ist, die Steuerbetriebsart des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verändern, um dadurch zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges beizutragen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erreichung des Zieles besteht darin, ein Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug zu schaffen, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, das einen Umformer einschließt, der Wasserstoff aus Methanol und Wasser und/oder Luft erzeugt, eine Brennstoffzelle einschließt, welche elektrische Leistung aus dem erzeugten Wasserstoff und Luft erzeugt und eine Wasserstoffabgasbrennkammer einschließt, welche Wasserstoffabgas, das von der Brennstoffzelle ausströmt, verbrennt, wobei das Steuersystem eine Recheneinrichtung umfasst, welche eine Menge an erzeugtem Wasserstoff basierend auf den Mengen von Methanol, Wasser und Luft, die zu dem Umformer zugeführt wurden, berechnet und eine Reaktionstemperatur in dem Umformer berechnet, eine Recheneinrichtung, welche eine Menge an verbrauchtem Wasserstoff berechnet, basierend auf einer Spannung und einem Strom, die bzw. der durch die Brennstoffzeile erzeugt wurde, eine Recheneinrichtung, welche eine Menge an ausströmendem Wasserstoff berechnet durch Subtrahieren der verbrauchten Menge an Wasserstoff von der erzeugten Menge an Wasserstoff, eine Recheneinrichtung, welche eine Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer berechnet, basierend auf der ausströmenden Menge von Wasserstoff, eine Recheneinrichtung, welche einen Temperaturdifferenz zwischen der berechneten Verbrennungstemperatur und einer ermittelten Temperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer berechnet, eine Entscheidungseinrichtung, welche entscheidet, dass die Wasserstoffabgasbrennkammer anormal bezüglich der Verbrennungstemperatur ist, wenn die berechnete Temperaturdifferenz einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, und ein Steuergerät, welches das Brennstoffzellenfahrzeug steuert, so dass dieses in Abhängigkeit von der Entscheidung der Entscheidungseinrichtung angetrieben wird.
Entsprechend diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Temperaturdifferenz zwischen einer berechneten Verbrennungstemperatur und einer ermittelten Temperatur mit einer vorgegebenen Referenztemperaturdifferenz, die als ein Kriterium verwendet wird, verglichen. Wenn diese vorgegebene Referenztemperaturdifferenz überschritten wird, trifft eine Entscheidungseinrichtung die Entscheidung, dass eine Anormalität in der Verbrennungstemperatur aufgetreten ist, und im Ansprechen darauf steuert ein Steuergerät das Brennstoffzellenfahrzeug, um dadurch die Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verbessern.
Die obigen und weitere Ziele und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden vollständiger ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in welchen:
Fig. 1 eine Zeichnung ist, die den Aufbau eines Brennstoffzellensystems zeigt, auf welches ein Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Softwaremoduls, dass durch eine Steuereinheit 21 zum Berechnen der Abgastemperatur einer Wasserstoffabgasbrennkammer ausgeführt wird;
Fig. 3 ein äquivalenter thermischer Kreislauf, in welchem der Bereich, der die Wasserstoffabgasbrennkammer umgibt, einen Temperaturbereich von einer Umgebungstemperatur Ta bis zur Verbrennungstemperatur Tc hat;
Fig. 4 ein Flussplan, der den Prozess des Erfassens einer Abnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer zeigt;
Fig. 5 eine Zeichnung, die die Absolutwerte des Temperaturbereiches zeigt, der die Betriebszustände der Wasserstoffabgasbrennkammer repräsentiert;
Fig. 6 eine Zeichnung, die den Temperaturbereich zeigt, der den Betriebszustand repräsentiert;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Softwaremoduls, das durch eine Steuereinheit 21 zum Berechnen der Abgastemperatur einer Wasserstoffabgasbrennkammer ausgeführt wird; und
Fig. 8 eine Zeichnung, die das Wasserstoffverbrauch-Verzeichnis eines Paketes zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die relevanten beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Brennstoffzellensystems, welches für ein Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug angepasst werden kann, welches mit einem Brennstoffzellensystem entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
Dieses Brennstoffzellensystem, wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Umformer 11, ein Paket (stack) 13, eine Wasserstoffabgasbrennkammer (exhaust hydrogen combustor) 15, einen Wärmetauscher 17, einen Verdampfer 19 und eine Steuereinheit 21 auf und verwendet Methanol als einen Brennstoff.
In Fig. 1 werden Methanol 31 und Wasser 33 von einer Zuführvorrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt und durchlaufen die Ventile 35 und 37, um so dem Verdampfer 19 zugeführt zu werden, und strömen in den Umformer 11 in einem verdampften Zustand ein. Wenn Luft 41 über das Ventil 39 zugeführt wird, reagieren in dem Umformer 11 das Methanol und Wasser oder Methanol, Wasser und Luft, um so Wasserstoff 43 zu erzeugen, welcher zu dem Paket 13 strömt. An dem Paket 13 wird Luft 47 über das Ventil 45 zugeführt, und Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander, um elektrische Leistung zu erzeugen. Wasserstoffabgas 49 und Luftabgas 51, die aus dem Paket 13 ausströmen, werden in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 verbrannt. Das Abgas 53 aus der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 durchläuft den Wärmetauscher 17 und wird zur Außenatmosphäre abgegeben. An dem Wärmetauscher 17 wird Wärme, die durch das Abgas 53 erzielt wird, verwendet, um die Temperatur des Verdampfers 19 anzuheben, bei welchem das Methanol 31 und das Wasser 33 verdampft werden.
Die Reaktionstemperatur des Stapels 13 wird durch einen Temperatursensor 61 nachgewiesen. Die Spannung und der Strom der elektrischen Leistung, die in dem Stapel 13 erzeugt wird, werden durch ein Amperemeter 63 und ein Voltmeter 65 ermittelt, und diese elektrische Leistung wird einer Batterie oder einem Motor (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt. Die Temperatur des Stapels 13 wird durch einen Temperatursensor 67 ermittelt. Die Temperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 wird durch einen Temperatursensor 69 ermittelt. Die Umgebungstemperatur in dem Bereich, der die Wasserstoffabgasbrennkammer 15 umgibt, wird durch einen Temperatursensor 71 ermittelt. Die Einströmgeschwindigkeit des Methanols 31 wird durch einen Strömungsmesser 73 gemessen. Die Einströmgeschwindigkeit des Wassers 33 wird durch einen Strömungsmesser 75 gemessen. Die Einströmgeschwindigkeit der Luft 41 wird durch einen Strömungsmesser 77 gemessen. Die Werte, die durch diese Sensoren gemessen werden, werden an die Steuereinheit 21 gesendet.
Im Ansprechen auf die Betriebsweise eines Gaspedals durch eine Fahrzeugbedienperson werden in der Steuereinheit 21 in Übereinstimmung mit einem Ausgangsbefehl, in Übereinstimmung mit einer Leistungsverteilung zwischen einer Batterie (in der Zeichnung nicht gezeigt) und dem Stapel 13 eine Steuerung der Mengen an Methanol 31, Wasser 33 und Luft 41 und 47, die zugeführt werden, ausgeführt.
Die Basisarbeitsweise der Steuereinheit 21 bezüglich der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 ist wie folgt. Die Elemente, die in Fig. 2 gezeigt sind, sind Softwaremodule, die durch die Steuereinheit 21 ausgeführt werden, um die Abgastemperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer zu berechnen.
Bei einer Umformerwasserstofferzeugungsmenge-Recheneinrichtung 81 wird die Menge an Wasserstoff, der in dem Umformer 11 erzeugt wird, berechnet, basierend auf der Menge der Methanolströmungsmessung durch den Strömungsmesser 73, die Menge an an Wasserströmung, die durch den Strömungsmesser 75 gemessen wird, die Menge an Luftströmung, die durch den Strömungsmesser 77 gemessen wird und die Reaktionstemperatur in dem Umformer, der durch den Temperatursensor 71 ermittelt wird. Es gibt Fälle, in welcher Luft nicht in dem Umformer 11 verwendet wird.
In einer Stapelwasserstoffverbrauchsmenge-Recheneinrichtung 83 wird die Menge an verbrauchtem Wasserstoff berechnet basierend auf der Ausgangsspannung V und dem Ausgangsstrom I, die durch das Voltmeter 65 und das Amperemeter 63 gemessen werden. Die Menge an in die Wasserstoffabgasbrennkammer eingeführten Wasserstoff wird berechnet durch Subtrahieren der Menge an Wasserstoff, der in dem Paket 13 verbraucht wird, von der Menge an Wasserstoff, der im Umformer erzeugt wird. In einer Wasserstoffabgasbrennkammertemperatur-Recheneinrichtung 85 wird die Wärme der Verbrennung in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 berechnet basierend auf der Menge an Wasserstoff, der in die Wasserstoffabgasbrennkammer eingeführt wird.
Fig. 3 ist ein äquivalenter thermischer Kreislauf, in welcher der Bereich, der die Wasserstoffabgasbrennkammer umgibt, sich hinsichtlich der Temperatur von einer Umgebungstemperatur Ta bis zu einer Verbrennungstemperatur Tc erstreckt.
In Fig. 3 ist ein thermischer Widerstand θ (°C/W) zwischen dem Verbrennungsteil und der Außenatmosphäre gegeben, ist eine Verbrennungswärme P (W) gegeben, die durch die Menge an Wasserstoff ermittelt wird, die in die Wasserstoffabgasbrennkammer eingeführt wird, und die Umgebungstemperatur Ta in dem Bereich gegeben, der die Wasserstoffabgasbrennkammer 15 umgibt, wobei die Temperatur Tc der Brennkammer wie folgt berechnet wird
Tc = P . θ + Ta (1)
Unter Bezugnahme auf den Flussplan von Fig. 4 ist der Prozess der Erfassung einer Abnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 wie folgt.
Zuerst wird in einer Stufe S10 die Berechnung der Gleichung (1) ausgeführt, um die Temperatur Tc der Verbrennung in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 zu berechnen. Dann wird in Stufe S20 die Abgastemperatur Te von der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 durch den Temperatursensor 69 ermittelt. In Stufe S30 wird der Absolutwert der Differenz zwischen der Abgastemperatur Te und dem berechneten Wert Tc ermittelt, und ein Test wird ausgeführt, ob dieser innerhalb eines vorgegebenen Wertes T1 ist, d. h., ob sie der folgenden Gleichung genügt.
|Tc - Te| < T1 (2)
Wenn die Temperaturdifferenz kleiner als T1 ist, wird das System als normal arbeitend betrachtet, und eine Rückführung wird in der Stufe S10 ausgeführt, von welcher der Überwachungsprozess wiederholt wird.
Wenn jedoch die Temperaturdifferenz nicht kleiner als T1 war, wird das System als eine Abnormität zeigend betrachtet, und die Verarbeitungssteuerung schreitet zur Stufe S40. Es ist ferner möglich, eine LED od. dgl. vorzusehen, die eine Systemabnormität auf der Instrumentenanlage vor dem Fahrersitz anzeigt, wobei diese Kontrollleuchte zum Leuchten gebracht wird, um den Fahrer von einer Systemabnormität zu informieren.
In Stufe S30 wird durch Testen, ob die Differenz zwischen dem ermittelten Abgastemperaturwert Te und dem berechneten Wert Tc innerhalb eines vorgegebenen Wertes ist, eine Kontrolle der Erzeugung des Wasserstoffs in dem Umformer, des Leistungsverbrauchs des Pakets 13, der Verbrennung in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 und auch der geeigneten Arbeitsweise der zugehörigen Sensoren und Betätigungsorgane ausgeführt.
Wenn somit die Temperaturdifferenz den vorgegebenen Wert T1 überschreitet, wird die Entscheidung getroffen, dass die Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer abnormal ist, wodurch es möglich ist, eine Abnormität nicht nur in der Wasserstoffabgasbrennkammer, sondern auch in der Brennstoffzelle oder in einem Temperatursensor zu ermitteln, um dadurch zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges beizutragen.
In der Stufe S50 wird ein weiterer Test ausgeführt, ob die Temperaturdifferenz innerhalb des anderen vorgegebenen Referenzwertes T2 ist. Wenn die Temperaturdifferenz innerhalb des Wertes T2 ist, wird ein Schalten auf eine Notlaufsteuerung ausgeführt, welche ein Teillastbetrieb der Antriebssteuerung ist. Die Notlaufsteuerung ermöglicht das fortgeführte Fahren durch Absenken der Ausgangsleistung auf einen vorgegebenen Wert, um dadurch die fortgeführte Niedrigausgangsleistungs-Betriebsweise des Fahrzeuges zu ermöglichen, ohne eine Anhaltebetriebsweise des Systems unmittelbar beim Ermitteln einer Systemabnormität zu haben, um dadurch die Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verbessern.
Wenn in der Stufe S50 ermittelt wurde, dass die Temperaturdifferenz größer als der vorgegebene Referenzwert T2 ist, wird ein Schalten ausgeführt, um das Anhalten des Systems zu steuern. Wegen des Systemstopps stoppt die Steuerung die Zuführung der elektrischen Leistung zu dem System, um die Fahrzeugsicherheit abzusichern, wobei dem Fahrer des Fahrzeuges zuerst angezeigt wird, dass das System gestoppt wird, wonach die Zuführung von Methanol 31 und Wasser 33 zu dem Verdampfer 19 gestoppt wird und dann die Zuführung von Luft 41 zu dem Umformer 11 gestoppt wird. Als ein Ergebnis dessen besteht eine allmähliche Reduzierung der Abgabe der elektrischen Leistung des Pakets 13 bis das System gestoppt wird.
Wenn somit eine Abnormität bei der Verbrennungstemperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer ermittelt wurde und die Temperaturdifferenz den zweiten vorgegebenen Referenzwert T2 überschreitet, welcher größer als der erste vorgegebene Referenzwert T1 ist, wird ein Schalten von der Notlaufsteuerung zu einer Systemstoppsteuerung ausgeführt, so dass auch wenn eine Abnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer auftritt, es möglich ist, aufeinanderfolgend die Betriebssteuerung des Brennstoffzellenfahrzeuges im Ansprechen auf die Schwere des Problems zu verändern. Somit ist es durch Stoppen des Motors nur in dem Fall, bei der die Möglichkeit der Schädigung der Wasserstoffabgasbrennkammer, der Brennstoffzelle oder eines Temperatursensors besteht, es möglich, auch bei der Notlaufsteuerungs- Betriebsart möglich, die Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verbessern.
Es ist verständlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen in den Stufen S30 und S50 der Absolutwert der Temperaturdifferenz zwischen der ermittelten Abgastemperatur Te und dem berechneten Wert Te aufgenommen wird, wobei der Betriebszustand der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 durch Überwachen, auf welchen Teil der Temperaturlinie von Fig. 5 diese Differenz fällt, ermittelt wird, es alternativ dazu möglich ist, diese Bestimmung im Vergleich zu einem gekennzeichneten Referenzwert auszuführen.
Eine zweite Ausführungsform ist auf das Brennstoffzellensystem der ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, anwendbar, wobei die Beschreibung derselben hierbei weggelassen wurde.
Die Elemente, die in Fig. 7 gezeigt sind, sind Softwaremodule, die durch die Steuereinheit 21 ausgeführt werden, um die Abgastemperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 zu berechnen, wobei ein Merkmal dieser Ausführungsform darin liegt, dass die Wasserstoffverbrauchsmenge-Recheneinrichtung 83, die in Fig. 2 gezeigt ist, durch eine Paketwasserstoffverbrauchsmenge- Recheneinrichtung 93 ersetzt wird.
Die Spannung V und der Strom I, die von dem Paket 13 abgegeben werden können, verändern sich im allgemeinen in Übereinstimmung mit dem Wasserstoffverbrauch- Verzeichnis des Paketes, das in Fig. 8 gezeigt.
Die Ausgangsspannung V und der Strom I des Pakets 13 und die Menge an Wasserstoffverbrauch für eine Pakettemperatur T sind in der Paketwasserstoffverbrauchsmenge-Recheneinrichtung 93 voreingestellt, wobei diese Informationen in einem internen ROM der Steuereinheit 21 als ein Paketwasserstoffverbrauchs-Verzeichnis gespeichert ist.
Die Berechnung der Verbrennungswärme in der Wasserstoffabgasbrennkammer wird durch die Steuereinheit 21 wie folgt ausgeführt.
In der Paketwasserstoffverbrauchsmenge-Recheneinrichtung 93 wird die Menge an verbrauchtem Wasserstoff in dem Paket 13 berechnet unter Bezugnahme auf das Stapelwasserstoffverbrauchs-Verzeichnis von Fig. 8 basierend auf der Spannung V und dem Strom I, die durch das Voltmeter 65 und das Amperemeter 63 gemessen werden, und basierend auf der Stapeltemperatur T.
Wie oben angemerkt, wird die Menge an Wasserstoffabgas, das in die Wasserstoffabgasbrennkammer eingeführt wird, durch die Umformerwasserstofferzeugungsmenge-Recheneinrichtung 81 berechnet durch Subtrahieren der Menge an Wasserstoff, der in dem Paket 13 verbraucht wird, von der Menge an Wasserstoff, die durch den Umformer erzeugt wird. In der Wasserstoffabgasbrennkammertemperatur-Recheneinrichtung 85 wird die Verbrennungswärme in der Wasserstoffabgasbrennkammer 15 berechnet basierend auf der Menge an Wasserstoff, die in die Wasserstoffabgasbrennkammer 15 eingeführt wird.
Somit ist es durch Kompensieren der Menge an verbrauchtem Wasserstoff unter Verwendung der Temperatur T des Pakets 13 möglich, präzise die Menge an verbrauchtem Wasserstoff in der Brennstoffzelle zu berechnen. Auch wenn ein Verschieben von der Systeminbetriebnahme zu dem stationären Zustand stattfindet, ist es als ein Ergebnis möglich, zuverlässig zu ermitteln, wenn eine Abnormität in der Wasserstoffabgasbrennkammer aufgetreten ist, um auf geeignete Weise die Betriebssteuerung des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verändern, um dadurch zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges beizutragen.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen ändert das Betriebsweisen-Steuergerät von einer Normalantriebssteuerung auf eine Notlaufsteuerung, wenn der Abnormitätssensor ermittelt, dass eine Abnormität der Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer aufgetreten ist.
Mit der oben angemerkten Verfeinerung wird bei einer Entscheidung, dass eine Verbrennungstemperaturabnormität aufgetreten ist, die normale Fahrsteuerung auf eine Notlaufsteuerung verändert, um dadurch die Ausgangsleistung auf einen vorgegebenen Wert abzusenken, wenn die Fahrzeugbetriebsweise fortgeführt wird. Als ein Ergebnis dessen ist es möglich, zu vermeiden, dass ein unmittelbarer Stopp des Fahrzeugs nach der Ermittlung einer Abnormität vorgenommen wird, um dadurch die Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges zu verbessern.
Das Steuergerät ändert die Steuerungsbetriebsart von der Notlaufbetriebsart auf eine Systemstoppbetriebsart, wenn eine Abnormität der Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer aufgetreten ist und wenn die berechnete Temperaturdifferenz einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, der größer als der erste vorgegebene Wert ist.
Entsprechenderweise werden aufeinanderfolgende Änderungen der Steuerbetriebsart ermöglicht in Übereinstimmung der Schwere der Abnormität der Arbeitsweise in dem Brennstoffzellenfahrzeug, und dadurch wird die Betriebssicherheit des Brennstoffzellenfahrzeuges verbessert.
Ferner weist das System einen Detektor zum Nachweisen einer Temperatur der Brennstoffzeile auf, und die Wasserstoffverbrauchsmenge-Recheneinrichtung verwendet die ermittelte Brennstoffzellentemperatur zum Kompensieren der Menge an verbrauchtem Wasserstoff, die ursprünglich berechnet wurde.
Entsprechenderweise ist es möglich, eine hochpräzise Berechnung der Menge an verbrauchtem Wasserstoff auszuführen.
Der Inhalt der japanischen Patentanmeldung 11-126033 wird hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
Während die vorliegende Erfindung unter Verwendung spezifischer Begriffe beschrieben wurde, ist eine solche Beschreibung nur für illustrative Zwecke gegeben, und es ist verständlich, dass Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne vom Geist oder Schutzumfang der folgenden Patentansprüche abzuweichen.

Claims (5)

1. Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, dass einen Umformer (11) einschließt, welcher Wasserstoff (43) aus Methanol (31) und Wasser und/oder Luft (41) erzeugt, eine Brennstoffzelle einschließt, welche elektrische Leistung aus dem erzeugten Wasserstoff und Luft erzeugt, und eine Wasserstoffabgasbrennkammer (15) einschließt, welche Wasserstoffabgas verbrennt, das von der Brennstoffzelle abgegeben wird, wobei das Steuersystem gekennzeichnet ist durch:
eine erste Recheneinrichtung, welche eine Menge an erzeugtem Wasserstoff berechnet, basierend auf den Mengen an Methanol, Wasser und Luft, die dem Umformer (11) zugeführt werden, und einer Reaktionstemperatur in dem Umformer (11),
einer zweiten Recheneinrichtung, welche eine Menge an verbrauchtem Wasserstoff berechnet, basierend auf einer Spannung und einem Strom, die durch die Brennstoffzelle erzeugt werden,
einer dritten Recheneinrichtung, welche eine Menge an ausströmendem Wasserstoff berechnet durch Subtrahieren der verbrauchten Menge an Wasserstoff von der erzeugten Menge an Wasserstoff,
einer vierten Recheneinrichtung, welche eine Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer berechnet, basierend auf der ausströmenden Menge an Wasserstoff,
eine fünfte Recheneinrichtung, welche eine Temperaturdifferenz zwischen der berechneten Verbrennungstemperatur und einer ermittelten Temperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer (15) berechnet,
eine Entscheidungseinrichtung, die entscheidet, dass die Wasserstoffabgasbrennkammer (15) bezüglich der Verbrennungstemperatur abnorm ist, wenn die berechnete Temperaturdifferenz einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, und
ein Steuergerät, welches das Brennstoffzellenfahrzeug so steuert, dass es in Abhängigkeit von der Entscheidung der Entscheidungseinrichtung angetrieben wird.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät das Brennstoffzellenfahrzeug in einer Teillastbetriebsart im Ansprechen auf eine Entscheidung der Entscheidungseinrichtung steuert, dass die Wasserstoffabgasbrennkammer (15) abnorm bezüglich der Verbrennungstemperatur ist.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät das Brennstoffzellenfahrzeug in einer Stoppbetriebsart steuert im Ansprechen auf die berechnete Temperaturdifferenz, die einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, der größer als der erste vorgegebene Wert ist.
4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem einen Detektor umfasst, welcher eine Temperatur der Brennstoffzelle ermittelt, und dass die dritte Recheneinrichtung die ausströmende Menge an Wasserstoff durch Verwenden der ermittelten Temperatur der Brennstoffzeile korrigiert.
5. Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, das einen Umformer (11) zum Erzeugen von Wasserstoff (43) aus Methanol (31) und Wasser und/oder Luft (41) einschließt, eine Brennstoffzelle einschließt zum Erzeugen elektrischer Leistung aus dem erzeugten Wasserstoff und Luft und eine Wasserstoffabgasbrennkammer (15) einschließt zum Verbrennen von Wasserstoffabgas, das von der Brennstoffzelle ausströmt, wobei das Steuersystem gekennzeichnet ist durch
eine Recheneinrichtung zum Berechnen
einer Menge an erzeugtem Wasserstoff basierend auf den Mengen an Methanol, Wasser und Luft, die zu dem Umformer (11) zugeführt werden, und einer Reaktionstemperatur in dem Umformer (11),
einer Menge an verbrauchtem Wasserstoff, basierend auf einer Spannung und einem Strom, die durch die Brennstoffzelle erzeugt werden,
einer Menge an ausströmendem Wasserstoff durch Subtrahieren der verbrauchten Menge an Wasserstoff von der erzeugten Menge an Wasserstoff,
einer Verbrennungstemperatur in der Wasserstoffabgasbrennkammer basierend auf der ausströmenden Menge von Wasserstoff, und
einer Temperaturdifferenz zwischen der berechneten Verbrennungstemperatur und einer ermittelten Temperatur der Wasserstoffabgasbrennkammer (15),
eine Entscheidungseinrichtung zum Entscheiden, dass die Wasserstoffabgasbrennkammer (15) abnorm bezüglich der Verbrennungstemperatur ist, wenn die berechnete Temperaturdifferenz einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, und
eine Steuereinrichtung zum Steuern des Brennstoffzellenfahrzeugs, dass es in Abhängigkeit von der Entscheidung der Entscheidungseinrichtung angetrieben wird.
DE10021720A 1999-05-06 2000-05-04 Steuersystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Wasserstoffabgasbrennkammer Expired - Fee Related DE10021720B4 (de)

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