DE102015116954A1

DE102015116954A1 - Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenfahrzeug und Verfahren zum Bewerten eines Funktionsfehlers eines An-Aus-Ventils

Info

Publication number: DE102015116954A1
Application number: DE102015116954.1A
Authority: DE
Inventors: Hiromu Saito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2035-10-07
Also published as: JP2016085835A; US20160114793A1; CA2907344C; CN105552410A; KR101814876B1; JP6229634B2; CN105552410B; CA2907344A1; DE102015116954B4; KR20160048650A; US9682701B2

Abstract

Die Steuerungseinheit des Brennstoffzellensystems überwacht den Zustand bzw. Status der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle und berechnet einen Gesamtbetrag des Brenngasverbrauchs basierend auf dem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag ausgehend von einem Zeitpunkt, wenn der Zuführgasdruck einen Standard-Gasdruck erreicht. Ein weiterer Gesamtbetrag des Brenngasverbrauchs wird basierend auf einer Gasdruckveränderung berechnet, die einer Abnahme des Gasdrucks ausgehend von dem Standard-Gasdruck entspricht. Durch Vergleichen der zwei Gesamtbeträge der Brenngasverbräuche wird die Bewertung dahingehend durchgeführt, ob das An-Aus-Ventil in dem Brenngas-Strömungspfad von jedem der Brenngastanks hin zu der Brennstoffzelle eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung mit der Nummer P 2014-217126 , welche am 24. Oktober 2014 angemeldet wurde und deren Inhalt in seiner Gesamtheit hierdurch durch Inbezugnahme in diese Anmeldung mit aufgenommen wird.
Hintergrund
Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Verfahren zum Bewerten eines Funktionsfehlers eines An-Aus-Ventils, welches in dem Brennstoffzellensystem eingerichtet ist.
Stand der Technik
Beim Zuführen von in einem Brenngastank gespeicherten Wasserstoffgas hin zu einer Brennstoffzelle reduziert das Brennstoffzellensystem den Gasdruck unter Verwendung eines Druck-Steuerungsventils auf einen vorbestimmten Zuführdruck. Für eine solche Dekompressionsanpassung ist ein Mundstück eines Brenngastanks mit einem Druck-Steuerungsventil und einem dort eingebauten Drucksensor zusätzlich zu einem An-Aus-Ventil bekannt. Unter der Annahme einer solchen Struktur wird vorgeschlagen, den durch den Drucksensor bei dem Tank-Mundstück erfassten Gasdruck zum Bewerten eines Funktionsfehlers des Druck-Steuerungsventils oder des An-Aus-Ventils zu verwenden (siehe beispielsweise JP-2006-108024 A ).
Da das in der vorstehend genannten Patentliteratur vorgeschlagene Bewertungsverfahren einen einzelnen Brenngastank annimmt, könnte ein ähnliches Bewertungsverfahren nicht auf eine Konfiguration einer Mehrzahl von Brenngastanks angewendet werden. Dies liegt daran, da, falls ein Betrieb ausgeführt wird, bei welchem das Brenngas gleichzeitig von mehreren Brenngastanks zugeführt wird, wahrscheinlich das nachfolgende Problem auftritt: Unter der Annahme, dass sämtliche Auslassseiten der An-Aus-Ventile bei den mehreren Brenngastanks zusammenlaufen bzw. zusammengeführt sind, um über eine mit einem Drucksensor vorgesehene Brennstoff-Zuführleitung mit dem Druck-Steuerungsventil verbunden zu sein, ist es schwierig, eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils aus irgendeinem Grund bei dem Tank-Mundstück des Brenngastanks zu erfassen. Dies liegt daran, da der Brennstoffzelle Brenngas über eine Brennstoff-Zuführleitung zugeführt wird und der zugeführte Gasdruck auf der Tankseite stromaufwärts des Druck-Steuerungsventils in der Brennstoff-Zuführleitung durch den Drucksensor erfasst wird, ungeachtet der Tatsache, dass von dem Brenngastank mit dem fehlerhaften An-Aus-Ventil bei dem Tank-Mundstück kein Brenngas zugeführt wird. Dann kann die Fehlfunktion des An-Aus-Ventils, egal ob eine Öffnungs-Fehlfunktion oder eine Schließ-Fehlfunktion, nicht auf einfache Art und Weise durch den Zuführgasdruck auf der Tankseite stromaufwärts des Druck-Steuerungsventils in der Brennstoff-Zuführleitung beurteilt werden, was die Zuverlässigkeit der Bewertung einer Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion verringert. Aus diesem Grund wurde ein Bewertungsverfahren gefordert, welches in der Lage ist, die Verschlechterung der Zuverlässigkeit beim Bewerten der Fehlfunktion von An-Aus-Ventilen zu verhindern, welche den Gas-Strömungspfad ausgehend von dem Brenngastank öffnen und absperren.
Kurzfassung
Um zumindest einen Teil des vorstehend beschriebenen Problems zu lösen, kann die vorliegende Erfindung in Form der nachfolgenden Aspekte implementiert sein:

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Dieses Brennstoffzellensystem kann eine Brennstoffzelle, welche durch die Aufnahme von Brenngas Leistung erzeugt; eine Mehrzahl von Brenngastanks, welche parallel mit der Brennstoffzelle verbunden sind; ein An-Aus-Ventil, welches in einem Brenngas-Strömungspfad ausgehend von jedem der Brenngastanks vorgesehen ist, wobei das An-Aus-Ventil zwischen zwei Positionen umgeschaltet wird, um Brenngas ausgehend von dem Brenngastank hin zu der Brennstoffzelle abzuführen und das Brenngas abzusperren; einen Zuführgasdrucksensor, welcher einen Zuführgasdruck in der Nähe des Brenngastanks erfasst, wenn Brenngas von der Mehrzahl von Brenngastanks gleichzeitig hin zu der Brennstoffzelle geführt wird; eine erste Verbrauchs-Berechnungseinheit, welche einen Leistungs-Erzeugungszustand der Brennstoffzelle überwacht und einen Gesamtbetrag eines Brenngasverbrauchs ausgehend von einem Zeitpunkt, wenn der durch den Zuführgasdrucksensor erfasste Zuführgasdruck einen vorbestimmten Standard-Gasdruck erreicht, basierend auf einem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag berechnet; eine zweite Verbrauchs-Berechnungseinheit, welche einen Gesamtbetrag eines Brenngasverbrauchs basierend auf einer Gasdruckveränderung berechnet, die einer Abnahme des durch den Zuführgasdrucksensor erfassten Gasdrucks ausgehend von dem Standard-Gasdruck entspricht; und eine Ventilbetriebs-Bewertungseinheit, welche durch Vergleichen von Gesamtbeträgen der Brenngasverbräuche, die durch die ersten und zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechnet werden, bewertet, ob das An-Aus-Ventil in jedem bzw. einem der Brenngastanks eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist.

Das Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts verwendet zwei Beträge des Brenngasverbrauchs ausgehend von dem Zeitpunkt des Standard-Gasdrucks beim Bewerten irgendeiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils. Diese beiden Gesamtbeträge entsprechen dem Gesamtbetrag des Brenngasverbrauchs, welcher durch die erste Gasverbrauchs-Berechnungseinheit basierend auf dem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag berechnet wird (nachfolgend als „der erste Gesamt-Gasverbrauch” bezeichnet), und dem Gesamtbetrag des Brenngasverbrauchs, welcher durch die zweite Gasverbrauchs-Berechnungseinheit basierend auf der Druckveränderung ausgehend von dem Standard-Gasdruck zu der Zeit davon zu dem Zuführgasdruck in der Nähe des durch den Zuführgasdrucksensor erfassten Tanks berechnet wird (nachfolgend als „der zweite Gesamt-Gasverbrauch” bezeichnet).
Der erste Gesamt-Gasverbrauch entspricht einem berechneten Wert basierend auf dem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag. Daher kann der erste Gesamt-Gasverbrauch ungeachtet davon ermittelt werden, ob das Brenngas von allen oder einem Teil der Mehrzahl von Brenngastanks zugeführt wird.
Dabei fallen, während die Zuführung von Gas von dem Brenngastank hin zu der Brennstoffzelle voranschreitet, der Betrag von gespeichertem Gas und der Gasdruck in jedem der Brenngastanks ab. Unter dieser Bedingung folgt die Beziehung zwischen dem Betrag von Brenngas, welches hin zu der Brennstoffzelle geführt wird, und dem Zuführgasdruck in der Nähe des Tanks, welcher durch den Zuführgasdrucksensor erfasst wird, der Gaszustandsgleichung, und diese hängt daher von der Temperatur und dem Volumen des Brenngases ab. Der Betrag des Brenngasverbrauchs, welcher aus der Veränderung des durch den Zuführgasdrucksensor erfassten Zuführgasdrucks berechnet wird, kann als der zweite Gesamt-Gasverbrauch erhalten werden. Dieser zweite Gesamt-Gasverbrauch unterscheidet sich nicht von dem ersten Gesamt-Gasverbrauch basierend auf dem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag, es sei denn, dass eine Öffnungs-Fehlfunktion irgendeines An-Aus-Ventils in dem Brenngas-Strömungspfad von der Mehrzahl von Brenngastanks vorliegt. Daher gleicht der basierend auf der Druckveränderung oder der Abnahme ausgehend von dem Standard-Gasdruck berechnete zweite Gesamt-Gasverbrauch dem ersten Gesamt-Gasverbrauch. Auch wenn die ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuche nicht übereinstimmen, wäre die Differenz auf den Bereich des für den Zuführgasdrucksensor zulässigen Erfassungsfehlers oder den Bereich der in dem Gas-Zuführpfad zulässigen Leckage beschränkt.
Im Gegensatz dazu sind die Druckveränderungen im Falle einer Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils in dem Brenngas-Strömungspfad von irgendeinem Brenngastank wie folgt: In der Anfangsphase, wenn die Brenngaszuführung von der Mehrzahl von Brenngastanks zu der gleichen Zeit gestartet wird, wird das Brenngas mit dem Standard-Gasdruck von anderen Brenngastanks zugeführt, welche ein An-Aus-Ventil mit keiner Öffnungs-Fehlfunktion besitzen. Daher zeigt der Initial- bzw. Anfangs-Gaszuführdruck keinen Unterschied zwischen den Fällen mit einer Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventil oder keiner Fehlfunktion. Während die Gaszuführung voranschreitet, ist jedoch der Gasbetrag, welcher von dem Brenngastank mit einem An-Aus-Ventil mit keiner Öffnungs-Fehlfunktion zugeführt wird, durch den Betrag der gestoppten oder verringerten Gaszuführung von dem Brenngastank mit einem fehlerhaften An-Aus-Ventil erhöht, und der in dem Brenngastank mit einem An-Aus-Ventil mit keiner Öffnungs-Fehlfunktion verbleibende Gasbetrag und der Gasdruck darin fallen im Vergleich zu dem Fall keines fehlerhaften Ventils rapide ab. Aus diesem Grund stellen sich beim Vergleich des zweiten Gesamt-Gasverbrauchs mit dem ersten Gesamt-Gasverbrauch, wenn der Brenngasverbrauch in gewissem Ausmaß fortgeschritten ist, diese als etwas unterschiedlich zu dem Fall heraus, bei welchem das An-Aus-Ventil keine Öffnungs-Fehlfunktion aufweist. Folglich kann gemäß dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils durch Vergleichen des ersten Gesamt-Gasverbrauchs mit dem zweiten Gesamt-Gasverbrauch mit hoher Zuverlässigkeit erfasst werden. Dadurch kann eine Beurteilung erfolgen, dass zumindest eines der An-Aus-Ventile eine Öffnungs-Fehlfunktion aufweist, oder es kann eine weitere Beurteilung erfolgen, dass kein An-Aus-Ventil irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion aufweist. Selbstverständlich können beide Beurteilungen gleichzeitig erfolgen. In jedem Fall kann die Verschlechterung der Beurteilungszuverlässigkeit verhindert werden.

(2) Bei dem Brennstoffzellensystem dieses vorstehend beschriebenen Aspekts kann die Ventilbetriebs-Bewertungseinheit eine Gasverbrauchsdifferenz ermitteln, welche einem Absolutwert eines Differenzbetrags zwischen den durch die ersten bzw. zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechneten Gesamtbeträgen der Brenngasverbräuche entspricht, und in einem Fall, bei welchem die Gasverbrauchsdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bewertet die Ventilbetriebs-Bewertungseinheit, dass das An-Aus-Ventil keine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist. Gemäß diesem Aspekt ist es einfach, Bewertungsbeurteilungen durchzuführen.
(3) Bei dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts liegt der Zeitpunkt des vorbestimmten Standard-Gasdrucks dann vor, wenn jeder der Mehrzahl von Brenngastanks aufgefüllt bzw. befüllt wurde, und der vorbestimmte Standard-Gasdruck entspricht einem Gasdruck, wenn die Brenngastanks aufgefüllt bzw. befüllt wurden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, Bewertungsbeurteilungen dahingehend, dass irgendeine oder keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils nach dem Befüllen von jedem der Brenngastanks hin zu dem Gas-Befüllungsdruck vorliegt, mit ausreichender Zuverlässigkeit durchzuführen.
(4) Bei jedem Aspekt des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems bewertet die Ventilbetriebs-Beurteilungseinheit in einer Situation, bei welcher zumindest einer der durch die ersten und zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechneten Gesamtbeträge der Brenngasverbräuche einen vorbestimmten Gasverbrauchsbetrag nicht erreicht hat, nicht durch Vergleichen der Gesamtbeträge der Brenngasverbräuche, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist. Dies bietet die nachfolgenden Vorteile: Falls irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils in dem Brenngas-Strömungspfad ausgehend von irgendeinem Brenngastank vorliegt, wird der Zuführgasdruck in der Nähe des Tanks, welcher durch den Zuführgasdrucksensor erfasst wird, durch den Betrag der gestoppten oder verringerten Gaszuführung, wie vorstehend beschrieben, ausgehend von dem Standard-Gasdruck frühzeitig reduziert, und das Ausmaß einer solchen Reduktion wird größer, während die Gaszuführung andauert. Dann kann bei einer Situation, bei welcher der Betrag des Brenngasverbrauchs den vorbestimmten Gas-Verbrauchsbetrag nicht erreicht hat, der Gaszuführdruck in der Nähe des Gastanks abnehmen, obwohl sich das Ausmaß der Abnahme innerhalb der Toleranz des Sensors und dergleichen befinden kann, so dass die Gasverbrauchsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuchen innerhalb einer vorbestimmten Schwelle begrenzt sein kann. Im Gegensatz dazu, da das Ausmaß der Abnahme des Gas-Zuführdrucks in der Nähe des Gastanks größer wird, sobald der Betrag des Brenngasverbrauchs den vorbestimmten Gasverbrauchsbetrag erreicht, ist es wahrscheinlicher, dass, falls bei dem An-Aus-Ventil irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion vorliegt, die Gas-Verbrauchsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuchen zu groß wird, um in der vorbestimmten Schwelle begrenzt zu sein. Folglich erfolgt gemäß dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts eine Bewertung irgendeines Ventil-Öffnungsbetriebs lediglich nachdem der berechnete Gesamt-Gasverbrauch den vorbestimmten Gasverbrauch erreicht, was ermöglicht, eine solche ungewollte Beurteilung, das heißt, dass keine Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion vorliegt, trotz der Tatsache, dass eine solche Fehlfunktion vorliegt, zu vermeiden, wodurch eine Verschlechterung der Beurteilungszuverlässigkeit in einer hochwirksamen Art und Weise verhindert wird.
(5) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle vorgesehen. Dieses Fahrzeug kann ein Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und eine Batterie, welche durch elektrische Leistung geladen wird, die in der Brennstoffzelle erzeugt wird, aufweisen. Gemäß dem Fahrzeug dieses Aspekts kann eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit beim Bewerten irgendeiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils bei der Fahrt des Fahrzeugs mit der durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistung verhindert werden.
(6) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bewerten eines Funktionsfehlers bzw. einer Betriebs-Fehlfunktion eines in einem Brenngas-Strömungspfad ausgehend von einer Mehrzahl von Brenngastanks hin zu einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem vorgesehenen An-Aus-Ventils vorgesehen. Das Verfahren weist das Erfassen eines Zuführgasdrucks von Brenngas, welches von der Mehrzahl von parallel mit der Brennstoffzelle verbundenen Brenngastanks gleichzeitig hin zu der Brennstoffzelle geführt wird; das Überwachen eines Leistungserzeugungszustands der Brennstoffzelle und Berechnen eines ersten Gesamt-Gasverbrauchs ausgehend von einem Zeitpunkt, zu welchem der erfasste Zuführgasdruck einen vorbestimmten Standard-Gasdruck erreicht, basierend auf einem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag; das Berechnen eines zweiten Gesamt-Gasverbrauchs basierend auf einer Gasdruckveränderung, die einer Abnahme des erfassten Zuführgasdrucks ausgehend von dem Standard-Gasdruck entspricht; und das Bewerten, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist, durch Vergleichen der ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuche, auf.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ventilbetriebs-Bewertungsvorgang für das An-Aus-Ventil ist es möglich, eine Beurteilung mit einer ausreichenden Zuverlässigkeit durchzuführen, dass irgendeine oder keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils nach dem Befüllen von jedem der Brenngastanks hin zu dem Befüllungsdruck vorliegt.
Die vorliegende Erfindung kann in Form verschiedener Aspekte implementiert sein und diese kann beispielsweise auf eine Brenngas-Zuführvorrichtung, die Brenngas hin zu der Brennstoffzelle führt, ein Brenngas-Zuführverfahren oder ein Leistungs-Erzeugungssystem zum Erhalten von Leistung durch Zuführen von Brenngas von einem Brenngastank hin zu der Brennstoffzelle angewendet werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die vorliegende Offenbarung ist in den Figuren der beigefügten Abbildungen beispielhaft und nicht beschränkend dargestellt, in welchen die gleichen Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, und worin:
1 eine darstellende Abbildung ist, welche ein Brennstoffzellensystem 10 als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, welches eine Gasbefüllungs- und Erfassungssteuerung zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, welches eine Betriebs-Bewertungssteuerung eines An-Aus-Ventils zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. 1 ist eine darstellende Abbildung, welche ein Brennstoffzellensystem 10 als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Wie in der Abbildung gezeigt, ist das Brennstoffzellensystem 10 auf einem Brennstoffzellenfahrzeug 20 montiert und weist eine Brennstoffzelle 100, ein Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 mit zwei Gastanks, ein Luft-Zuführsystem 160 mit einem motorgetriebenen Kompressor 150, ein nicht gezeigtes Kühlsystem, eine Sekundärzelle 170, einen DC-DC-Wandler 180 und eine Steuerungseinheit 200 auf. Die Brennstoffzelle 100 wird durch Schichten einer Mehrzahl von Leistungs-Erzeugungsmodulen konfiguriert, welche mit einer Membranelektrodenanordnung (MEA) ausgerüstet sind, nicht gezeigt, und diese ist unter dem Fahrzeugboden zwischen den Vorderrädern FW und den Hinterrädern RW eingebaut. Die Brennstoffzelle 100 erzeugt Leistung durch eine elektrische Reaktion von Wasserstoff, welcher in dem von dem später beschriebenen Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 zugeführten Wasserstoffgas enthalten ist, und Sauerstoff, welcher in der von dem Luft-Zuführsystem 160 zugeführten Luft enthalten ist, und diese treibt die Lasten, wie einen Antriebsmotor 190 für die vorderen und hinteren Räder unter Verwendung der erzeugten Leistung an. Der Leistungs-Erzeugungszustand der Brennstoffzelle 100 wird durch einen Stromsensor 130 stets gemessen, welcher die Messergebnisse hin zu einer später beschriebenen Steuerungseinheit 200 ausgibt.
Das Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 weist zwei Wasserstoffgastanks 110f, 110r, welche Hochdruck-Wasserstoffgas als Brenngas speichern, welches hin zu der Brennstoffzelle 100 geführt werden soll, eine Brenngas-Zuführleitung 120F, welche die Brennstoffzelle 100 erreicht, ein zuführseitiges Sammelrohr bzw. Anschlussstück 121 bei dem Ende des Gas-Strömungspfads, eine Wasserstoff-Befüllungsleitung 120R, welche sich ausgehend von einer Aufnahme 122 hin zu einem befüllungsseitigen Sammelrohr bzw. Anschlussstück 123 erstreckt, und eine Abführleitung 124, welche nicht verbrauchtes Wasserstoffgas (Anoden-Abgas) hin zu der Atmosphäre abführt, auf. Abgesehen davon umfasst das Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 einen Injektor 125, welcher in der Brenngas-Zuführleitung 120F vorgesehen ist, ein Dekompressionsventil 126, einen Zuführgasdrucksensor 132 und auch ein Abführ-Strömungs-Steuerungsventil 127, welches in der Abführleitung 124 vorgesehen ist. Die Zuführung von Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle 100 durch das Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 wird unter Verwendung der Wasserstoffgastanks 110f, 110r als Quellen der Zuführung über den Zuführgasdrucksensor 132, das Dekompressionsventil 126 und den Injektor 125 durchgeführt. Das Dekompressionsventil 126 arbeitet auf den Empfang von Signalen von der später beschriebenen Steuerungseinheit 200 hin und dieses führt Nach-Dekompressions-Wasserstoffgas hin zu dem Injektor 125. Der Injektor 125 arbeitet auf den Empfang von Signalen von der später beschriebenen Steuerungseinheit 200 hin und dieser führt einen Wasserstoffgasstrahl nach dem Steuern der Strömung des Wasserstoffgases hin zu der Brennstoffzelle 100. Der Zuführgasdrucksensor 132 ist in zuführseitigen Tankleitungen 116f, 116r, welche bei dem zuführseitigen Sammelrohr 121 zusammenlaufen, auf der unmittelbar stromabwärtigen Seite des Verbindungspunkts vorgesehen. Daher erfasst der Zuführgasdrucksensor 132 den Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Dekompressionsventils 126 in der Brenngas-Zuführleitung 120F, das heißt, den Druck von Wasserstoffgas, welches ausgehend von den Wasserstoffgastanks 110f, 110r hin zu der Brennstoffzelle 100 geführt wird. Die Handhabung von Daten hinsichtlich des Wasserstoffgasdrucks, welche durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst werden, ist später detailliert beschrieben.
Die Wasserstoffgastanks 110f und 110r sind Tanks, welche aus Harz hergestellt sind, mit einer faserverstärkten Schicht, welche durch Wickeln einer Faser um den äußeren Umfang einer aus Harz hergestellten Auskleidung bzw. Außenlage hergestellt ist, und diese sind parallel mit der Brennstoffzelle 100 verbunden. Die Wasserstoffgastanks 110f und 110r sind auf dem Brennstoffzellenfahrzeug 20 in der Fahrzeug-Querrichtung in einer Art und Weise festgelegt, dass sich der Wasserstoffgastank 110f in der Fahrzeug-Längsrichtung vor dem Wasserstoffgastank 110r befindet. Diesen Wasserstoffgastanks 110f, 110r wird Hochdruck-Wasserstoffgas bei einer nicht gezeigten Wasserstoffgasstation zugeführt und diese werden damit befüllt, und jeder speichert einen vorgegebenen Betrag von Wasserstoffgas. Die Wasserstoffgastanks 110f, 110r sind außerdem entsprechend mit Mundstücken 111f, 111r vorgesehen, die entsprechend mit Hauptventilen 112f, 112r, An-Aus-Ventilen 113f, 113r, Sperrventilen 114f, 114r, Temperatursensoren 115f, 115r, welche die Temperatur in jedem Tank erfassen, vorgesehen sind. Eine Verbindungsseite der Hauptventile 112f, 112r ist mit dem Wasserstoffgastanks 110f bzw. 110r verbunden und die andere Verbindungsseite der Hauptventile 112f, 112r ist jeweils verzweigt, um mit den An-Aus-Ventilen 113f, 113r und den Sperrventilen 114f, 114r entsprechend verbunden zu sein. Die Sperrventile 114f, 114r sind jeweils mit dem befüllungsseitigen Sammelrohr 123 bei befüllungsseitigen Tankleitungen 117f, 117r entsprechend verbunden, um das Gas derart zu steuern, dass dieses lediglich ausgehend von dem befüllungsseitigen Sammelrohr 123 hin zu den Wasserstoffgastanks 110f, 110r läuft.
Die Hauptventile 112f, 112r werden üblicherweise in der Öffnungsrichtung des Strömungspfades manuell betätigt und diese halten den Strömungspfad zum Zuführen und Abführen von Wasserstoffgas zu und von den Wasserstoffgastanks 110f, 110r offen. Die An-Aus-Ventile 113f, 113r sind in den zuführseitigen Tankleitungen 116f, 116r, welche sich ausgehend von den Wasserstoffgastanks 110f, 110r hin zu dem zuführseitigen Sammelrohr 121 erstrecken, vorgesehen. Die An-Aus-Ventile 113f, 113r werden unter der Steuerung der später beschriebenen Steuerungseinheit 200 geöffnet und geschlossen, um Gas in dem Tank hin zu der Brennstoffzelle 100 abzuführen oder die Strömung in den zuführseitigen Tankleitungen 116f, 116r abzusperren. Durch eine solche Leitungskonfiguration sind die Wasserstoffgastanks 110f, 110r über die zuführseitigen Tankleitungen 116f, 116r, die aus dem zuführseitigen Sammelrohr 121 der Brenngas-Zuführleitung 120F verzweigt sind, mit der Brennstoffzelle 100 verbunden und parallel mit der Brennstoffzelle 100 verbunden. In diesem Fall ist jede dieser Tankleitungen auf der Zuführseite und der Befüllungsseite zu der Zeit des Austauschs des Tanks auf der Seite des zuführseitigen Sammelrohrs 121, des befüllungsseitigen Sammelrohrs 123 oder der Tank-Mundstücke 111f, 111r anbringbar und lösbar.
Die Temperatursensoren 115f, 115r sind mit einem Verbinder vorgesehen, welcher zum Zeitpunkt des Austauschs des Tanks anbringbar und lösbar ist, und diese sind nach dem Einbau durch einen Verbinder und eine Signalleitung, nicht gezeigt, mit der später beschriebenen Steuerungseinheit verbunden, um die erfasste Tanktemperatur hin zu der Steuerungseinheit 200 auszugeben. Die An-Aus-Ventile 113f, 113r sind ebenso durch einen Verbinder und eine Signalleitung, nicht gezeigt, mit der später beschriebenen Steuerungseinheit 200 verbunden, um unter der Steuerung der Steuerungseinheit 200 Öffnungs-Absperr-Betätigungen durchzuführen. In der nachfolgenden Beschreibung sind die An-Aus-Ventile 113f, 113r der Einfachheit halber kollektiv als das An-Aus-Ventil 113 bezeichnet und falls es notwendig ist, diese separat für jeden Tank zu benennen, werden diese Ventile zwischen dem An-Aus-Ventil 113f und dem An-Aus-Ventil 113r unterschieden. Gleiches gilt für die Wasserstoffgastanks 110f, 110r, und diese sind kollektiv als der Wasserstoffgastank 110 bezeichnet, und falls es notwendig ist, diese für jeden Tank separat zu bezeichnen, sind diese Tanks zwischen dem Wasserstoffgastank 110f und dem Wasserstoffgastank 110r unterschieden.
Das mit der vorstehend beschriebenen Leitungskonfiguration vorgesehene Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 führt Wasserstoffgas von beiden Wasserstoffgastanks 110f und 110r gleichzeitig unter einer Steuerung durch die Steuerungseinheit 200 hin zu der Brennstoffzelle 100. Das Wasserstoffgas-Zuführsystem 120 führt das von den Tanks zugeführte Wasserstoffgas über die Vorgänge der Strömungssteuerung bei dem Injektor 125 und die Dekompression (Druckanpassung) bei dem Dekompressionsventil 126 hin zu der Anode der Brennstoffzelle 100. Hingegen wird das für die Leistungserzeugung in der Brennstoffzelle 100 verwendete Anoden-Abgas durch das Abführ-Strömungs-Steuerungsventil 127 der Abführleitung 124 hinsichtlich dessen Strömungsrate gesteuert, um über die später beschriebene Abführleitung 162 hin zu der Atmosphäre abgeführt zu werden. Der Injektor 125 ist ausgehend von einer Null-Gasströmung anpassbar und falls die Strömung auf null eingestellt ist, befindet sich die Brenngas-Zuführleitung 120F in einem geschlossenen Zustand. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrag von Wasserstoffgas, welches hin zu der Brennstoffzelle 100 geführt wird, durch diesen Injektor 125 gesteuert, der Injektor 125 kann jedoch durch Vorsehen eines Strömungs-Steuerungsventils, welches den Betrag von Wasserstoffgas steuert, das hin zu der Brennstoffzelle 100 geführt wird, auf der stromaufwärtigen Seite des Injektors 125 lediglich zum Zuführen des Wasserstoffgasstrahls verwendet werden.
Die Aufnahme 122 des Wasserstoffgas-Zuführsystems 120 ist bei einem Gas-Befüllungseinlass angeordnet, welcher äquivalent zu der Brennstoff-Befüllungsöffnung auf der Seite oder auf der Rückseite des herkömmlichen, benzinbetriebenen Fahrzeugs ist, und diese ist durch das Äußere davon abgedeckt. Die Aufnahme 122 ist mit einem Düsensensor 128 vorgesehen, welcher die Installation einer Gas-Befüllungsdüse Gn erfasst. Bei dem Vorgang der Befüllung von Wasserstoffgas bei einer nicht gezeigten Wasserstoffgasstation wird die Gas-Befüllungsdüse Gn in der Aufnahme 122 installiert und Wasserstoffgas, welcher mit hohem Druck zugeführt wird, wird in das befüllungsseitige Sammelrohr 123 eingeführt. Das zugeführte Hochdruck-Wasserstoffgas wird über die befüllungsseitigen Leitungen 117f, 117r und die Sperrventile 114f, 114r in die zu befüllenden Wasserstoffgastanks 110f, 110r eingeführt. Bei dem Vorgang einer solchen Gasbefüllung geben die entsprechend bei den Wasserstoffgastanks 110f, 110r vorgesehenen Temperatursensoren 115f, 115r ein Signal hin zu der Steuerungseinheit 200 und einer stationsinternen Steuerungseinheit aus, welches die Temperatur in jedem Tank wiederspiegelt. Das Signal, welches die Temperatur in jedem Tank wiederspiegelt, wird zum Überprüfen und Erfassen des Betrags von befülltem Gas und des Befüllungsdrucks verwendet. Außerdem wird der Zustand der Verbindung zwischen der Aufnahme 122 und der Gas-Befüllungsdüse Gn durch den Düsensensor 128 erfasst und die Steuerungseinheit 200, welche die erfassten Signale aufnimmt, führt basierend auf den Signalen eine Beurteilung hinsichtlich des Zustands bzw. Status der Befüllung durch, wie „Gasbefüllung wird durchgeführt” oder „Gasbefüllung ist abgeschlossen”.
Nachfolgend ist das Luft-Zuführsystem 160 beschrieben, welches Sauerstoff hin zu der Kathode der Brennstoffzelle 100 führt. Das Luft-Zuführsystem 160 weist eine Sauerstoff-Zuführleitung 161, welche über den Kompressor 150 die Kathode der Brennstoffzelle 100 erreicht, die Abführleitung 162, welche nicht verbrauchte Luft (Kathoden-Abgas) hin zu der Atmosphäre abführt, und ein Abführraten-Steuerungsventil 163 in der Leitung auf. Das Luft-Zuführsystem 160 umfasst einen Zuführpfad, durch welchen die von dem offenen Ende der Sauerstoff-Zuführleitung 161 eingeführte Luft nach der Strömungsanpassung bei dem Kompressor 150 hin zu der Kathode der Brennstoffzelle 100 geführt wird, und eine Abführroute, durch welche das Kathoden-Abgas über die Abführleitung 162 mit einer durch das Abführraten-Steuerungsventil 163 in der Abführleitung 162 angepasste Strömungsrate hin zu der Atmosphäre abgeführt wird. Das Brennstoffzellensystem 10 ist nicht nur mit dem vorstehend beschriebenen Zuführsystem vorgesehen, sondern ebenso mit einem nicht gezeigten Kühlsystem, welches die Brennstoffzelle 100 durch eine zirkulierte Zuführung eines Kühlmediums kühlt, was den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht direkt betrifft, und daher ist auf eine Beschreibung davon verzichtet.
Die Sekundärzelle 170 ist über den DC-DC-Wandler 180 mit der Brennstoffzelle 100 verbunden und dient als eine Leistungsquelle, welche sich von der Brennstoffzelle 100 unterscheidet. Die Sekundärzelle 170 führt nicht nur geladene Leistung hin zu dem Antriebsmotor 190, wenn die Brennstoffzelle 100 abgeschaltet ist, sondern diese führt über einen nicht gezeigten Abwärtswandler ebenso Leistung hin zu verschiedenen Sensoren, wie einem Zuführgasdrucksensor 131. Als die Sekundärzelle 170 können beispielsweise eine aufladbare Bleibatterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie angewendet werden. Die Sekundärzelle 170 ist mit einem Kapazitäts-Erfassungssensor 172 verbunden, welcher den Ladezustand (SOC) der Sekundärzelle 170 erfasst und den erfassten SOC hin zu der Steuerungseinheit 200 ausgibt.
Der DC-DC-Wandler 180 besitzt eine Funktion zum Steuern der Ladung und der Entladung der Sekundärzelle 170 auf den Empfang von Steuerungssignalen von der Steuerungseinheit 200 hin, und zum Anpassen des auf den Antriebsmotor 190 aufgebrachten Spannungsniveaus.
Die Steuerungseinheit 200 besteht aus einem so genannten Mikrocomputer, welcher mit einer CPU, einem ROM, einem RAM usw. ausgerüstet ist, welche logische Vorgänge durchführen. Die Steuerungseinheit 200 ist für verschiedene Steuerungen des Injektors 125 und der Brennstoffzelle 100 verantwortlich, einschließlich der Öffnungs-Absperr- bzw. Schließ-Steuerungen der vorstehend erwähnten verschiedenen Ventile auf den Empfang von Signalen von verschiedenen Sensoren hin, welche den Antriebszustand bzw. -status des Fahrzeugs erfassen, einschließlich des Gaspedal-Positionsensors, welcher bei dem Gaspedal eingebaut ist, und von Signalen von anderen Sensoren, wie dem Zuführgasdrucksensor 132 und den Temperatursensoren 115f, 115r, welche den Zustand bzw. Status des Wasserstoffgas-Zuführsystems 120 erfassen.
Nachfolgend sind verschiedene Vorgänge beschrieben, welche bei der Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils 113, die durch das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, enthalten sind. 2 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Gasbefüllung und Erfassung zeigt, und 3 ist ein Flussdiagramm, welches den Vorgang der Betriebsbewertungssteuerung des An-Aus-Ventils zeigt. Die Gasbefüllungs- und Erfassungssteuerung von 2 findet statt, wenn ein nicht gezeigter Zündschalter des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 abgeschaltet ist, und diese wird ausgehend von der Zeit des Erfassens der Installation der Gas-Befüllungsdüse Gn bei der Aufnahme 122 implementiert, das heißt, zu der Zeit, wenn die Gasbefüllung gestartet wird. Dabei wird die Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils, wie in 3 gezeigt, durch die Steuerungseinheit 200 bei vorgegebenen Intervallen wiederholend ausgeführt.
Bei dem in 2 gezeigten Vorgang der Gasbefüllung und Erfassung beurteilt die Steuerungseinheit 200 zunächst, ob die Gasbefüllung abgeschlossen ist (Schritt S105). Falls eine negative Beurteilung erfolgt, das heißt, falls die Gasbefüllung als nicht vollständig beurteilt wird, wird die vorliegende Routine für die Zeit ohne einen weiteren Vorgang beendet. Die Bewertungsbeurteilung hinsichtlich des Abschlusses der Gasbefüllung erfolgt basierend auf dem durch den Düsensensor 128 erfassten Signal, welches eine Verbindung zwischen der Aufnahme 122 und der Gas-Befüllungsdüse Gn angibt. Die Bewertungsbeurteilung kann selbstverständlich basierend auf dem Signal von einer nicht gezeigten Wasserstoffgasstation erfolgen.
Sobald bei Schritt S105 eine Beurteilung erfolgt, dass die Gasbefüllung abgeschlossen ist, setzt die Steuerungseinheit 200 die Werte der ersten und zweiten Gasverbräuche auf null zurück, so dass diese bei dem Vorgang der Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils, wie später beschrieben, berechnet und integriert werden können (Schritt S110). Der Grund für dieses Zurücksetzen der Gas-Verbrauchswerte liegt in der Verwendung der Befüllungssituation bzw. der aufgefüllten Situation beider Wasserstoffgastanks 110f, 110r als eine Referenz zum Berechnen des Gasverbrauchs. Die beiden Wasserstoffgastanks 110f, 110r sind parallel mit der Brennstoffzelle 100 verbunden und diese führen Brenngas gleichzeitig hin zu der Brennstoffzelle 100. Daher wird die Leitung ausgehend von den Wasserstoffgastanks 110f, 110r hin zu dem Injektor 125 über das zuführseitige Sammelrohr 121 mit Wasserstoffgas gefüllt, welches von den beiden Wasserstoffgastanks 110f, 110r zugeführt wird. Wenn sich der Injektor 125 in einem geschlossenen Zustand befindet, ist die Gaszustandsgleichung in dem Raum von den Wasserstoffgastanks 110f, 110r hin zu dem Injektor 125 anwendbar, und wenn das Tankvolumen V einschließlich der beiden Wasserstoffgastanks und der Leitungen bekannt ist, kann das verbleibende Gasvolumen (Mol) in den Wasserstoffgastanks 110f, 110r durch eine Berechnung ermittelt werden, falls der Druck P von Wasserstoffgas, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, und die Wasserstoffgastemperatur T, welche durch die Temperatursensoren 115f, 115r erfasst wird, bekannt sind. Die Berechnung ist später beschrieben.
Auf das Zurücksetzen des Gasverbrauchswerts bei Schritt S110 hin befindet sich die Steuerungseinheit 200 für eine vorgegebene Zeit in einem Stand-By-Zustand, bis sich der Gasdruck stabilisiert (Schritt S115). Bei dem Vorgang zum Auffüllen von Gas nimmt der Gasdruck bei der Anfangs-Befüllungsphase zu und stabilisiert sich, während das Befüllen des Tanks andauert, um den Gasdruck des Tanks auf ein bestimmtes Niveau, wie 70 MPa, zu bringen. Da ein solches Gasverhalten innerhalb mehrerer hundert Millisekunden nach dem Abschluss der Befüllung auftritt, wird die Stand-By-Zeit zumindest während der Phase bei Schritt S115 angenommen. Nach dem Stand-By-Zustand bei Schritt S115 öffnet die Steuerungseinheit 200 die An-Aus-Ventile 113f, 113r und liest die Sensorausgänge der Temperatursensoren 115f, 115r und des Zuführgasdrucksensors 132 (siehe 1) mit dem Injektor 125 in einem geschlossenen Zustand aus (Schritt S120), und diese berechnet den Wasserstoffgas-Befüllungsbetrag Gvf aus der Gaszustandsgleichung basierend auf der ausgelesenen Temperatur T des Tanks, des Zuführgasdrucks P auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, und dem bekannten Tankvolumen V, und diese aktualisiert und speichert die Daten in einem vorgegebenen Speicherbereich (Schritt S130). Der Befüllungs- und Erfassungsvorgang von 2 endet mit dem Aktualisieren und Speichern der Daten hinsichtlich des Betrags von aufgefülltem Gas Gvf. Da der Betrag von aufgefülltem Gas Gvf sowie die ersten und zweiten Gasverbräuche G1, G2 aus der Gaszustandsgleichung basierend auf der Tanktemperatur T, dem Zuführgasdruck P auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, und dem bekannten Tankvolumen V berechnet werden, entspricht jeder berechnete Wert der Molanzahl von Wasserstoffgas. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Zeit der Durchführung von Schritt S130 dem Zeitpunkt des Standards-Gasdrucks und der Gasdruck zu dem Zeitpunkt entspricht dem Standard-Gasdruck. Üblicherweise ist der Standard-Gasdruck gleich dem Druck, wenn die Wasserstoffgastanks 110f, 110r aufgefüllt sind.
Bei dem Vorgang der Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils von 3 beurteilt die Steuerungseinheit 200 zunächst, ob die Brennstoffzelle 100 in Betrieb ist (Schritt S205), und falls eine negative Beurteilung erfolgt, wird die vorliegende Routine für die Zeit ohne irgendeinen weiteren Vorgang beendet. Die Bewertungsbeurteilung dahingehend, ob die Brennstoffzelle 100 in Betrieb ist, erfolgt basierend auf den Ausgängen des Zündschalter-„An”-Betriebs und des Gaspedal-Positionssensors, welcher das Niederdrücken des Gaspedals erfasst, und dergleichen.
Auf die positive Beurteilung bei Schritt S205 hin, dass sich die Brennstoffzelle in Betrieb befindet, liest die Steuerungseinheit 200 einen Ausgangsstrom Pi des Stromsensors 130 aus und speichert die Daten in dem vorgegebenen Speicherbereich für eine spätere Umwandlung in den Betrag der Leistungserzeugung (Schritt S210). In diesem Fall erweist sich der in dem Speicherbereich gespeicherte Ausgangsstrom als der Ausgangsstrom Pi, welcher zu dieser Zeit bei dem Vorgang der Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils ausgelesen wurde (3), und der Ausgangsstrom Pi, welcher bei dem vorhergehenden Vorgang ausgelesen und gespeichert wurde. Auf diese Art und Weise kann die Steuerungseinheit 200 den Zustand bzw. Status der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100 überwachen, und diese kann folglich die Veränderung des Ausgangsstroms Pi während der Zeit ausgehend von der zuvor abgelaufenen Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils hin zu dem gleichen Betrieb zu dieser Zeit (Intervall Δt) ermitteln. Auf den Schritt S210 folgend wandelt die Steuerungseinheit 200 den Wert dieser Veränderung des Ausgangsstroms Pi in den Betrag der Leistungserzeugung P_p unter Verwendung des Intervalls Δt um, während der umgewandelte Wert der Leistungserzeugung P_p hin zu dem Betrag der Leistungserzeugung P_P addiert wird, welcher bei der zuvor abgelaufenen Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils umgewandelt wurde, um den gesammelten Betrag der Leistungserzeugung TP_P zu berechnen und solche Daten TP_p, welche in dem vorgegebenen Speicherbereich gespeichert sind, zu aktualisieren (Schritt S220).
Nachfolgend berechnet die Steuerungseinheit 200 den ersten Gasverbrauch G1 in Mol von Wasserstoffgas durch Überprüfen des berechneten gesammelten Betrags der Leistungserzeugung TP_p gegenüber einem nicht gezeigten Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem Betrag der Leistungserzeugung und dem Wasserstoffgasverbrauch angibt, um die Daten in dem vorgegebenen Speicherbereich zu aktualisieren und zu speichern (Schritt S230). Die Leistung wird in der Brennstoffzelle 100 durch Oxidationsreaktionen von Wasserstoffgas erzeugt. Daher ist der Betrag des Wasserstoffverbrauchs in der Brennstoffzelle 100 im Wesentlichen proportional zu dem Betrag der Leistungserzeugung, obwohl dieser durch die Erzeugungseffizienz beeinflusst wird. Da die Betriebseffizienz der Brennstoffzelle 100 durch den Betriebszustand grob ermittelt wird, ist es einfach, einen Wert des Wasserstoffgasverbrauchs aus dem gesammelten Betrag der Leistungserzeugung TP_p zu erhalten, falls die Daten hinsichtlich der Beziehung zwischen dem gesammelten Betrag der Leistungserzeugung TP_p und dem Betrag des Wasserstoffgasverbrauchs für jeden Betriebszustand vorbereitet sind. Der Betriebszustand der Brennstoffzelle 100 umfasst einen Leerlauf, einen normalen Betrieb, ein Aufwärmen, ein Spülen und Katalysator-Wiederherstellungsvorgänge. Die Schritte S220 bis S230 bei der Betriebsbewertung des An-Aus-Ventils, wie in 3 gezeigt, werden über den Vorgang der Beurteilung bei Schritt S205, dass die Brennstoffzelle in Betrieb ist, ausgeführt und bei vorgegebenen Intervallen bei allen Schritten der Brennstoffzelle 100, einschließlich Fahr, Leerlauf- und Aufwärmvorgängen des Brennstoffzellenfahrzeugs 20, wiederholt. Daher überwacht die Steuerungseinheit 200 den Zustand bzw. den Status der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100 durch Auslesen des Ausgangsstroms Pi mit dem Stromsensor 130 bei Schritt S210, und diese berechnet und integriert den ersten Gasverbrauch G1 (Mol), welcher dem Wasserstoffgasverbrauch seit dem Abschluss der Wasserstoffgasbefüllung bei jedem der Wasserstoffgastanks 110f, 110r entspricht, basierend auf dem Betrag der durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistung.
Auf die Berechnung des ersten Gasverbrauchs G1 hin vergleicht die Steuerungseinheit 200 diesen Wert G1 mit einem vorbestimmten Schwellenwert G0, um zu bewerten, ob der erste Gasverbrauch G1 den Schwellenwert G0 überschreitet (Schritt S235). Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde der Schwellenwert G0 in der folgenden Art und Weise ermittelt:
Selbst wenn irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110f, 110r vorliegt, wird Wasserstoffgas von dem anderen Brenngastank 110 mit keiner Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 bei der Anfangsphase der Gaszuführung von dem aufgefüllten Wasserstoffgastank 110 hin zu der Brennstoffzelle 100 mit einem Gas-Befüllungsdruck JP geführt. Die Druckveränderung im Falle einer Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110f, 110r unterscheidet sich von dieser im Falle keiner solchen Öffnungs-Fehlfunktion in einem davon, falls jedoch die Differenz der Druckveränderungen zwischen den Fällen mit und ohne eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, ist das Durchführen von Beurteilungen hinsichtlich irgendeiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils unter Berücksichtigung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors oder des Entweichens von Gas und dergleichen nicht realistisch. Die Differenz der Druckveränderungen zwischen den Fällen mit einer Öffnungs-Fehlfunktion und ohne eine Fehlfunktion wird mit dem zunehmenden Gasverbrauch größer, während die Zuführung von Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle 100 andauert. Unter Berücksichtigung dieser Umstände wurde der Betrag des Gasverbrauchs, bis die Differenz der Druckveränderungen zwischen den Fällen einer Öffnungs-Fehlfunktion und keiner Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 bei einem der Wasserstoffgastanks 110 groß genug wird, durch Experimente definiert und dieser Wert des definierten Gasverbrauchs wurde als G0 angenommen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S235 beendet die Steuerungseinheit 200 die vorliegende Routine für die Zeit ohne einen weiteren Vorgang, falls eine Beurteilung erfolgt, dass der erste Gasverbrauch G1 den Schwellenwert G0 nicht überschreitet. Falls hingegen eine Beurteilung erfolgt, dass der erste Gasverbrauch G1 den Schwellenwert G0 überschreitet, liest die Steuerungseinheit 200 die Temperatur und den Druck des Wasserstoffgastanks 110 bei dem gegenwärtigen Betriebszustand der Brennstoffzelle 100 von den Temperatursensoren 115f, 115r und dem Zuführgasdrucksensor 132 aus, wie in 1 gezeigt (Schritt S240). Anschließend berechnet die Steuerungseinheit 200 den Betrag von Wasserstoffgas in dem Tank bei dem gegenwärtigen Betriebszustand der Brennstoffzelle 100 (Betrag von Gas Gvn im Betrieb) aus der Gaszustandsgleichung basierend auf der ausgelesenen Tanktemperatur T, dem Zuführgasdruck P auf der Tankseite und dem bekannten Tankvolumen V, und diese aktualisiert und speichert die Daten in dem vorgegebenen Speicherbereich (Schritt S250). Das Tankvolumen V, welches für die Berechnung des Gasbetrags Gvn im bzw. während des Betriebs verwendet wird, entspricht dem vorstehend erwähnten Tankvolumen V einschließlich der Wasserstoffgastanks 110f, 110r und der Tankleitungen, ungeachtet davon, ob eine Betriebs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt.
Auf die aktualisierte Speicherung des Gasbetrags Gvn während des Betriebs folgend liest die Steuerungseinheit 200 den bei Schritt S130 gespeicherten Gasbetrags Gvf aus, und diese berechnet den zweiten Gasverbrauch G2 durch Subtrahieren des Gasbetrags Gvn während des Betriebs von dem Gasbetrag Gvf zu dem Zeitpunkt des Befüllens, um die Daten in dem vorgegebenen Speicherbereich zu aktualisieren und zu speichern (Schritt S260). Der Vorgang der Schritte S240 bis S260 bei der Betriebs-Bewertungssteuerung des An-Aus-Ventils, wie in 3 gezeigt, wird ebenso über den Vorgang der Beurteilung bei Schritt S205, dass die Brennstoffzelle in Betrieb ist, implementiert, was bei dem Vorgang des Leerlaufs der Brennstoffzelle 100, während das Fahrzeug angehalten ist, und während des Fahr-Vorgangs des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 bei vorgegebenen Intervallen wiederholt wird. Daher erweist sich der bei jedem wiederholten Vorgang der Schritte S240 bis S260 berechnete zweite Gasverbrauch G2 als der Betrag des Gasverbrauchs während der Zeit ausgehend von dem Abschluss der Befüllung von Wasserstoffgas bei jedem der Wasserstoffgastanks 110f, 110r bis zur Gegenwart, was dem Betrag des Gasverbrauchs basierend auf der Druckänderung ausgehend von dem Gas-Befüllungsdrucks JP hin zu dem Zuführgasdruck auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, entspricht.
Die Steuerungseinheit 200 liest den ersten Gasverbrauch G1, welcher bei Schritt S230 ausgelesen wurde, und den zweiten Gasverbrauch G2, welcher bei Schritt S260 ausgelesen wurde, aus, und vergleicht den Absolutwert der Differenz zwischen diesen beiden Gasverbräuchen mit einem Schwellenwert Gs (Schritt S265). Bei der vorliegenden Ausführungsform war dieser Schwellenwert Gs folgendermaßen definiert.
In der Situation, bei welcher eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 bei einem der Wasserstoffgastanks 110f, 110r vorliegt, während die Zuführung von Wasserstoffgas zusammen mit dem Betrieb der Brennstoffzelle 100 andauert, ist die Zuführung von Gas von dem Wasserstoffgastank 110 ohne irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 (nachfolgend kurz als „Wasserstoffgastank 110Y mit einem normalen An-Aus-Ventil” bezeichnet) durch den Betrag der gestoppten oder verringerten Gaszuführung von dem Wasserstoffgastank 110 mit einer Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 (nachfolgend kurz als „Wasserstoffgastank 110N mit einer Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion” bezeichnet) erhöht, so dass das verbleibende Gasvolumen in dem Wasserstoffgastank 110Y mit einem normalen An-Aus-Ventil abnimmt. Folglich nimmt der durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasste Tank-Gasdruck zusammen mit dem verbleibenden Gasbetrag ab. Aus diesem Grund nimmt der durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasste Zuführgasdruck auf der Tankseite in Abhängigkeit des Gasdrucks des Wasserstoffgastanks 110Y mit einem normalen An-Aus-Ventil ab, welcher nun einen niedrigen Gasdruck aufweist, da keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt, welcher ausgehend von dem Gas-Befüllungsdruck JP im Vergleich zu dem Fall keiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 bei irgendeinem der Wasserstoffgastanks 110 schnell abfällt. Anschließend wird, während die Zuführung von Wasserstoffgas zusammen mit dem Betrieb der Brennstoffzelle 100 andauert, der zweite Gasverbrauch G2 in Abhängigkeit des Gasdrucks in dem Tank als ein großer Wert berechnet. Mit anderen Worten, der zweite Gasverbrauch G2, welcher aus dem Druck des Wasserstoffgases auf der Tankseite, welches von dem Wasserstoffgastank 110Y mit einem normalen An-Aus-Ventil hin zu der Brennstoffzelle 100 geführt wird, und der Tanktemperatur zu dieser Zeit berechnet wird (Schritt S260), wird aufgrund der Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110 höher. Unter diesen Umständen ist in dem Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform unter der Annahme, dass der erste Gasverbrauch G1 den Schwellenwert G0 überschreitet, die deutliche Gasverbrauchsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Gasverbräuchen G1, G2, welche als durch die Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110 betrachtet bzw. gefolgert werden kann, als ein Schwellenwert Gs definiert. Dieser Schwellenwert Gs ist ebenso unter Berücksichtigung des zulässigen Bereichs der Leckage im Verlauf der zuführseitigen Tankleitungen 116f, 116r und der Brenngas-Zuführleitung 120F definiert.
Sobald die Steuerungseinheit 200 basierend auf den Vergleich bei Schritt S265 eine positive Beurteilung erlangt, dass der Absolutwert der Differenz zwischen dem ersten Gasverbrauch G1 und dem zweiten Gasverbrauch G2 in dem Schwellenwert Gs begrenzt bzw. kleiner als dieser ist, beurteilt diese außerdem, dass der Öffnungsbetrieb des An-Aus-Ventils 113 in jedem der Wasserstoffgastanks 110, das heißt, den Wasserstoffgastanks 110f, 110r, normal ist, und diese speichert das Beurteilungsergebnis in dem vorgegebenen Speicherbereich (Schritt S270). Es wird insbesondere das später beschriebene Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichen Fn auf null zurückgesetzt. Daher ist das Speichern von Daten, welche angeben, dass der Ventil-Öffnungsbetrieb des An-Aus-Ventils 113 normal ist, bei der Bezugnahme auf den Verlauf des Ventilbetriebs und beim Ergreifen von Gegenmaßnahmen während periodischen Inspektionen und dergleichen vorteilhaft. Die Steuerungseinheit 200 setzt das Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichen Fn bei Schritt S270 zurück, um die vorliegende Routine zu beenden, falls das An-Aus-Ventil 113 in jedem der Wasserstoffgastanks 110 normal arbeitet. Daher hält das Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichen Fn den zurückgesetzten Status danach aufrecht, bis das Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichen Fn bei Schritt S280 bei den nachfolgernden Routinen eingestellt wird, wie später beschrieben ist. Der Werks-Auslieferungswert des Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichens Fn entspricht null.
Bei dem vorstehend beschriebenen Schritt S265 stellt die Steuerungseinheit 200, falls eine negative Beurteilung erfolgt, dass der Absolutwert der Differenz zwischen den ersten und zweiten Gasverbräuchen den Schwellenwert Gs überschreitet, den Wert des Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichens Fn, welches eine Öffnungsbetriebs-Abnormalität des An-Aus-Ventils 113 angibt, auf 1 ein (Schritt S280). Im Ansprechen auf diese Einstellung des Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichens Fn führt die Steuerungseinheit 200 eine Aufleuchtsteuerung der Abnormalitäts-Warnlampe in dem Fahrzeuginnenraum bei dem Vorgang des Steuerns einer nicht gezeigten Hilfs-Maschinengruppe durch, während die Daten gespeichert werden, welche angeben, dass eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110, das heißt, den Wasserstoffgastanks 110f, 110r, vorliegt. Dieses Speichern von Daten hinsichtlich der Normalität oder Abnormalität des Ventil-Öffnungsbetriebs ist ebenso bei der Bezugnahme auf den Verlauf des Ventilbetriebs und beim Ergreifen von Gegenmaßnahmen während periodischer Inspektionen und dergleichen vorteilhaft. Das Ventilöffnungs-Abnormalitätskennzeichen Fn wird nach einem manuellen Vorgang durch ein Wartungspersonal zurückgestellt, sobald der Grund für die Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion beseitigt ist, und es werden beispielsweise Anpassungen der Ventilkomponenten und ein Ventilaustausch vorgenommen.
Wie vorstehend beschrieben ist, führt das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform eine Beurteilung dahingehend durch, ob irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110, entweder in dem Wasserstoffgastank 110f oder dem Wasserstoffgastank 110r, bei einem Betriebszustand der Brennstoffzelle 100 vorliegt, bei welchem ein Auffüllen von Wasserstoffgas bei jedem der Wasserstoffgastanks 110 abgeschlossen ist (Schritt S265). Auf dieser Basis verwendet das System beim Durchführen einer Beurteilung dahingehend, ob irgendeine Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion auftritt, den ersten Gasverbrauch G1, welcher basierend auf dem durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistungsbetrag berechnet und integriert wird (Schritt S230), und den zweiten Gasverbrauch G2 basierend auf der Veränderung des Gasdrucks ausgehend von dem Gas-Befüllungsdruck JP beim Abschluss der Befüllung hin zu dem aktuellen Zuführgasdruck auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, während der Status der Leistungserzeugung durch den Stromsensor 130 überwacht wird.
Da der erste Gasverbrauch G1 dem Betrag des Gasverbrauchs basierend auf dem durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistungsbetrag entspricht, reflektiert dieser den Betrag von Wasserstoffgas, welches tatsächlich zu der Brennstoffzelle 100 geführt und durch diese verbraucht wird, da Wasserstoffgas von sowohl dem Wasserstoffgastank 110f als auch dem Wasserstoffgastank 110r gleichzeitig zugeführt wird. Daher bleibt der erste Gasverbrauch G1 im Falle einer Situation, bei welcher Wasserstoffgas von beiden Wasserstoffgastanks 110, das heißt, den Wasserstoffgastanks 110f, 110r, zugeführt wird, und einer Situation, bei welcher Wasserstoffgas von lediglich einem der Wasserstoffgastanks 110 zugeführt wird, gleich.
Im Gegensatz dazu verhält sich der Gas-Zuführdruck, welcher abfällt, während die Zuführung von Wasserstoffgas ausgehend von dem Wasserstoffgastank 110 hin zu der Brennstoffzelle 100 andauert, in Abhängigkeit davon, ob Wasserstoffgas von beiden Wasserstoffgastanks 110, das heißt, den Wasserstoffgastanks 110f, 110r, zugeführt wird, oder ob dieses lediglich von einem von diesen zugeführt wird, unterschiedlich. Falls das Wasserstoffgas von beiden Wasserstoffgastanks 110f, 110r gleichzeitig zugeführt wird, fällt der durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasste Zuführgasdruck auf der Tankseite wie erwartet ab, und der zweite Gasverbrauch G2 wird basierend auf dem Druckabfall ermittelt (Schritt S260). Anschließend unterscheidet sich der zweite Gasverbrauch G2 nicht von dem ersten Gasverbrauch G1 basierend auf dem Betrag von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugter Leistung, falls keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in einem der Wasserstoffgastanks 110, entweder dem Wasserstoffgastank 110f oder dem Wasserstoffgastank 110r, vorliegt. Daher stellt sich der basierend auf der Druckveränderung ausgehend von dem Gas-Befüllungsdruck JP berechnete und integrierte zweite Gasverbrauch G2 als gleich dem ersten Gasverbrauch G1 heraus. Auch wenn zwischen diesen irgendeine Differenz vorliegt, wird angenommen, dass diese innerhalb des Bereichs des Erfassungsfehlers bleibt, welcher für den Zuführgasdrucksensor möglich ist, oder dem Bereich der Leckage, welche in dem Strömungspfad der zuführseitigen Leitungen 116f, 116r und der Brenngas-Zuführleitung 120F möglich ist.
Falls jedoch irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 in irgendeinem Wasserstoffgastank 110 vorliegt, egal ob in dem Wasserstoffgastank 110f oder 110r, stellt sich das Verhalten des Zuführgasdrucks auf der Tankseite in Zusammenhang mit dem Betrag des Wasserstoffgasverbrauchs bei einem der Wasserstoffgastanks 110 als unterschiedlich zu dem normalen heraus. In der Anfangsphase der Gaszuführung, wenn die Wasserstoffgaszuführung von dem Wasserstoffgastank 110 hin zu der Brennstoffzelle 100 gestartet wird, kann, wie vorstehend beschrieben ist, selbstverständlich betrachtet werden, dass die Differenz zwischen der Druckveränderung im Falle einer Öffnungs-Fehlfunktion des Ventils 113 in irgendeinem Brenngastank 110 und der Druckveränderung im Falle keiner solchen Fehlfunktion desselben in den Bereich des Erfassungsfehlers des Sensors und dergleichen oder des Entweichens von Gas fällt, da Wasserstoffgas mit dem Gas-Befüllungsdruck JP von dem Wasserstoffgastank 110Y mit einem normalen An-Aus-Ventil zugeführt wird.
Unter Berücksichtigung dieser Umstände führt das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des Absolutwerts der Gasverbrauchs-Differenz zwischen dem ersten Gasverbrauch G1 und dem zweiten Gasverbrauch G2 keine Beurteilung dahingehend durch, ob eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt (Schritt S240 bis S280), falls der erste Gasverbrauch G1 den vorbestimmten Schwellenwert G0 nicht erreicht hat (negative Beurteilung bei Schritt S235). Folglich kann ein Fehler einer falschen Beurteilung, dass keine Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt, trotz des Vorliegens einer solchen Fehlfunktion bei irgendeinem Wasserstoffgastank 110, vermieden werden, wodurch die Verschlechterung der Beurteilungszuverlässigkeit in einer hocheffektiven Art und Weise verhindert werden kann.
Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform führt eine Beurteilung hinsichtlich irgendeiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 unter Verwendung des Absolutwerts der Differenz zwischen dem ersten Gasverbrauch G1 und dem zweiten Gasverbrauch G2 in der folgenden Art und Weise durch: Falls in einem der Wasserstoffgastanks 110 irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt, während die Zuführung von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffgastank 110Y mit einem normalen Ventil voranschreitet, fällt der Zuführgasdruck auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, ausgehend von dem Standard-Gasdruck durch den Betrag der gestoppten oder verringerten Gaszuführung von dem Wasserstoffgastank 110N mit einer Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion im Vergleich zu dem Fall, bei welchem keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt, frühzeitig ab, und eine solche Druckveränderung ist völlig unterschiedlich zu der Druckveränderung im Falle keiner solchen Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113. Aus diesem Grund unterscheidet sich der zweite Gasverbrauch G2 basierend auf der Druckveränderung von dem ersten Gasverbrauch G1, falls in einem der Wasserstoffgastanks 110 irgendeine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt. Folglich kann unter Verwendung des Brennstoffzellensystems des vorstehenden Aspekts die Verschlechterung der Zuverlässigkeit beim Durchführen einer Beurteilung keiner Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils verhindert werden, wenn die Gasverbrauchsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Gasverbräuchen in der vorbestimmten Schwelle beschränkt ist. Da das Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts eine solche Beurteilung ermöglicht, dass in einem der Brenngastanks eine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils vorliegt, falls die Gasverbrauchsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Gasverbräuchen nicht innerhalb der vorbestimmten Schwelle beschränkt ist, kann eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit ebenso für die Beurteilung hinsichtlich einer solchen Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion verhindert werden. Die Beurteilung bei Schritt S265 erfolgt basierend auf einem Absolutwert der Differenz zwischen den ersten und zweiten Gasverbräuchen, die Beurteilung kann jedoch anstelle des Absolutwerts mit einem vorzeichenbehafteten Wert erfolgen. Falls beispielsweise der Schwellenwert Gs positiv ist und G2 – G1 > Gs gilt, kann beurteilt werden, dass bei einem der An-Aus-Ventile 113f und 113r eine Ventil-Öffnungs-Abnormalität vorliegt, und falls G1 – G2 < Gs gilt, kann beurteilt werden, dass bei einem Sensor des Zuführgasdrucksensors 132, der Temperatursensoren 115f, 115r oder dergleichen eine Abnormalität vorliegt. Dies liegt daran, da sich im Falle einer Ventil-Öffnungs-Fehlfunktion von An-Aus-Ventilen 113f, 113r der zweite Gasverbrauch G2 üblicherweise nie als kleiner als der erste Gasverbrauch G1 durch eine Berechnung herausstellt. Der Schwellenwert Gs in einem solchen Fall kann derart betrachtet werden, dass dieser in jedem Fall variiert.
Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform berechnet den ersten Gasverbrauch G1 und den zweiten Gasverbrauch G2 ausgehend von der Zeit des Abschlusses der Gasbefüllung, wenn jeder Wasserstoffgastank 110 mit Wasserstoffgas befüllt ist, und verwendet den Gas-Befüllungsdruck JP bei dem Abschluss des Befüllens als Basis zum Berechnen des Verbrauchsbetrags. Daher können unter Verwendung des Brennstoffzellensystems 10 der vorliegenden Ausführungsform Beurteilungen, dass irgendeine oder keine Öffnungs-Fehlfunktion des An-Aus-Ventils 113 vorliegt, mit hoher Zuverlässigkeit ausgehend von der Zeit des Befüllens, wenn jeder Wasserstoffgastank 110 mit Gas hin zu dem Gas-Befüllungsdruck JP befüllt ist, erfolgen. Mit anderen Worten, die Normalität oder Abnormalität bzw. Anomalie des Ventil-Öffnungsbetriebs des An-Aus-Ventils 113 kann bei jedem Abschluss der Gasbefüllung, was zum Fahren eines Fahrzeugs unerlässlich ist, mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden.
Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform ist mit zwei der Wasserstoffgastanks 110 vorgesehen, das heißt, den Wasserstoffgastanks 110f und 110r, jedoch benötigt keines der Tank-Mundstücke 111f, 111r davon einen Drucksensor, welcher den Gas-Zuführdruck auf der Tankseite erfasst. Daher kann unter Verwendung des Brennstoffzellensystems 10 der vorliegenden Ausführungsform die Ausrüstungskonfiguration vereinfacht werden.
Da das Brennstoffzellenfahrzeug 20 der vorliegenden Ausführungsform mit einem Brennstoffzellensystem 10 ausgerüstet ist, welches mit der vorstehend beschriebenen Brennstoffzelle 100 vorgesehen ist, kann die Normalität oder Abnormalität des Ventil-Öffnungsbetriebs des An-Aus-Ventils 113 während der Fahrt des Fahrzeugs mit der durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistung mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann innerhalb des Bereichs, um von dem Grundgedanken der Erfindung nicht abzuweichen, in verschiedenen Konfigurationen implementiert sein. Beispielsweise erfolgt bei der vorstehenden Ausführungsform die Beurteilung hinsichtlich der Normalität oder Abnormalität des An-Aus-Ventils durch Software der Steuerungseinheit 200, es ist jedoch ebenso möglich, zumindest einen Teil der in den 2 und 3 gezeigten Vorgänge durch Hardware auszuführen. Außerdem kann die Temperatur von Wasserstoffgas nicht durch den bei den Wasserstoffgastanks 110f, 110r eingebauten Sensor gemessen werden, sondern durch andere Verfahren. Beispielsweise kann die Temperatur von der Viskosität von Wasserstoffgas, welches in der Leitung strömt, abgeleitet werden. Die technischen Charakteristika der Ausführungsform entsprechend den technischen Charakteristika bei jedem Aspekt, welcher in der Offenbarung der Erfindung beschrieben ist, können durch andere geeignet ersetzt oder mit diesen kombiniert werden, um das gesamte oder einen Teil des vorstehenden Problems zu lösen oder den gesamten oder einen Teil des vorstehenden Effekts zu erreichen. Außerdem kann, falls diese technischen Charakteristika nicht als essenziell beschrieben sind, auf diese geeignet verzichtet werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die beiden Wasserstoffgastanks beispielsweise in der Längsrichtung auf dem Fahrzeug montiert, das Fahrzeug kann jedoch eine Konfiguration von drei oder mehr Wasserstoffgastanks besitzen. Ferner können die Tanks nicht nur in der Längsrichtung, sondern ebenso in der Querrichtung des Fahrzeugs montiert sein.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der erste Gasverbrauch G1 und der zweite Gasverbrauch G2 unter Verwendung des Gas-Befüllungsdrucks JP ausgehend von der Zeit des Abschlusses der Befüllung berechnet, das Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können, sobald der Gas-Zuführdruck auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, auf einen vorbestimmten Gasdruck reduziert ist, welcher niedriger als der Gas-Befüllungsdruck JP ist, und ausgehend von dieser Zeit, die Berechnung des ersten Gasverbrauchs G1 basierend auf dem durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Leistungsbetrag, welcher von dem Stromsensor 130 erhalten wird, die Berechnung des zweiten Gasverbrauchs G2 basierend auf der Veränderung des Drucks auf der Tankseite, welcher durch den Zuführgasdrucksensor 132 erfasst wird, und die Bewertung des Ventilbetriebs bzw. der Ventilfunktion basierend auf der späteren Gasverbrauchsdifferenz allesamt durchgeführt werden. Außerdem können der erste Gasverbrauch G1 und der zweite Gasverbrauch G2 ohne Ermitteln der Differenz zwischen G1 und G2 direkt verglichen werden. Dies liegt daran, da die Weitendifferenz zwischen den beiden Beträgen des Verbrauchs durch den direkten Vergleich gut erfasst werden kann, während der Verbrauch von Wasserstoffgas bei einer Situation andauert, bei welcher eines der An-Aus-Ventile 113f, 113r beim Öffnen eine Fehlfunktion aufweist.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden, sobald der erste Gasverbrauch G1 den Schwellenwert G0 überschreitet, die Berechnung des zweiten Gasverbrauchs G2 und die Ventil-Betriebsbewertung basierend auf der späteren Gasverbrauchsdifferenz durchgeführt, das Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Vorgang von Schritt S240 bis S260, wie bei der Berechnung des zweiten Gasverbrauchs G2 enthalten, auf die positive Bewertung bei Schritt S205 folgend unternommen werden, und der zweite Gasverbrauch G2 wird mit dem Schwellenwert G0 verglichen. Danach kann der Vorgang der Schritte S210 bis S230, wie bei der Berechnung des ersten Gasverbrauchs G1 enthalten, gemäß dem Vergleichsergebnis unternommen werden. Der vorstehende Effekt kann auf diese Art und Weise erreicht werden.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen berechnet die Steuerungseinheit 200 den Gesamtbetrag des Gasverbrauchs und diese bewertet die Ventil-Abnormalität durch die Schritte oder Programme. Die Steuerungseinheit 200 kann derart konfiguriert sein, dass diese eine Schaltung verwendet, welche die Berechnungen und Bewertungen in der Gesamtheit oder zum Teil verwirklicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-217126 [0001]
JP 2006-108024 A [0003]

Claims

Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle, welche durch die Aufnahme von Brenngas Leistung erzeugt; eine Mehrzahl von Brenngastanks, welche parallel mit der Brennstoffzelle verbunden sind; ein An-Aus-Ventil, welches in einem Brenngas-Strömungspfad ausgehend von jedem der Brenngastanks vorgesehen ist, wobei das An-Aus-Ventil zwischen zwei Positionen umgeschaltet wird, um Brenngas ausgehend von dem Brenngastank hin zu der Brennstoffzelle abzuführen und das Brenngas abzusperren; einen Zuführgasdrucksensor, welcher einen Zuführgasdruck in der Nähe des Brenngastanks erfasst, wenn Brenngas von der Mehrzahl von Brenngastanks gleichzeitig hin zu der Brennstoffzelle geführt wird; eine erste Verbrauchs-Berechnungseinheit, welche einen Leistungs-Erzeugungszustand der Brennstoffzelle überwacht und einen Gesamtbetrag eines Brenngasverbrauchs ausgehend von einem Zeitpunkt, wenn der durch den Zuführgasdrucksensor erfasste Zuführgasdruck einen vorbestimmten Standard-Gasdruck erreicht, basierend auf einem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag berechnet; eine zweite Verbrauchs-Berechnungseinheit, welche einen Gesamtbetrag eines Brenngasverbrauchs basierend auf einer Gasdruckveränderung berechnet, die einer Abnahme des durch den Zuführgasdrucksensor erfassten Gasdrucks ausgehend von dem Standard-Gasdruck entspricht; und eine Ventilbetriebs-Bewertungseinheit, welche durch Vergleichen von Gesamtbeträgen der Brenngasverbräuche, welche durch die ersten und zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechnet werden, bewertet, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Ventilbetriebs-Bewertungseinheit eine Gasverbrauchsdifferenz ermittelt, welche einem Absolutwert eines Differenzbetrags zwischen den durch die ersten bzw. zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechneten Gesamtbeträgen der Brenngasverbräuche entspricht, und wobei die Ventilbetriebs-Bewertungseinheit in einem Fall, bei welchem die Gasverbrauchsdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bewertet, dass das An-Aus-Ventil keine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zeitpunkt des vorbestimmten Standard-Gasdrucks dann vorliegt, wenn jeder der Mehrzahl von Brenngastanks befüllt wurde, und der vorbestimmte Standard-Gasdruck einem Gasdruck entspricht, wenn die Brenngastanks befüllt wurden.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ventilbetriebs-Bewertungseinheit in einer Situation, bei welcher zumindest einer der durch die ersten und zweiten Verbrauchs-Berechnungseinheiten berechneten Gesamtbeträge der Brenngasverbräuche einen vorbestimmten Gasverbrauchsbetrag nicht erreicht hat, nicht durch Vergleichen der Gesamtbeträge der Brenngasverbräuche bewertet, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist.
Fahrzeug, aufweisend: ein Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und eine Batterie, welche durch die in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung geladen wird.
Verfahren zum Bewerten eines Funktionsfehlers eines in einem Brenngas-Strömungspfad ausgehend von einer Mehrzahl von Brenngastanks hin zu einer Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem vorgesehenen An-Aus-Ventils, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen eines Zuführgasdrucks von Brenngas, welches von der Mehrzahl von parallel mit der Brennstoffzelle verbundenen Brenngastanks gleichzeitig hin zu der Brennstoffzelle geführt wird; Überwachen eines Leistungserzeugungszustands der Brennstoffzelle und Berechnen eines ersten Gesamt-Gasverbrauchs ausgehend von einem Zeitpunkt, zu welchem der erfasste Zuführgasdruck einen vorbestimmten Standard-Gasdruck erreicht, basierend auf einem durch die Brennstoffzelle erzeugten Leistungsbetrag; Berechnen eines zweiten Gesamt-Gasverbrauchs basierend auf einer Gasdruckveränderung, die einer Abnahme des erfassten Zuführgasdrucks ausgehend von dem Standard-Gasdruck entspricht; und Bewerten, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist, durch Vergleichen der ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuche.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bewerten der An-Aus-Ventil-Fehlfunktion das Berechnen einer Gasverbrauchsdifferenz, welche einem Absolutwert eines Differenzbetrags zwischen den ersten und zweiten Gesamt-Gasverbräuchen entspricht, und das Ermitteln, dass das An-Aus-Ventil in einem Fall, bei welchem die Gasverbrauchsdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, keine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Zeitpunkt des vorbestimmten Standard-Gasdrucks dann vorliegt, wenn jeder der Mehrzahl von Brenngastanks befüllt wurde, und der vorbestimmte Standard-Gasdruck einem Gasdruck entspricht, wenn die Brenngastanks befüllt wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Bewertung dahingehend, ob das An-Aus-Ventil eine Fehlfunktion beim Öffnen aufweist, in einer Situation nicht aktiviert ist, bei welcher der berechnete erste Gesamt-Gasverbrauch und/oder der berechnete zweite Gesamt-Gasverbrauch einen vorbestimmten Gas-Verbrauchsbetrag nicht erreicht hat.