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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 28. Oktober 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung
JP 2014-218947 A , deren Inhalt hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Überwachen der Stromerzeugung durch Brennstoffzellen.
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Stand der Technik
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Es ist eine Vorrichtung bekannt, welche die Spannung von jeder der mehreren Zellen misst, die einen Brennstoffzellenstapel bilden, und einen Status der Stromerzeugung überwacht (
JP 2013-69489 A ).
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KURZFASSUNG
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In dem Fall des oben genannten Stands der Technik wird die Spannung von jeder der mehreren Zellen gemessen, was es erschwert, die Spannung der Zellen einzeln genau zu erfassen. Daher besteht bei solchen Verfahren ein Risiko, das Auftreten einer negativen Spannung in manchen der Zellen von den mehreren Zellen zu übersehen. Da das Auftreten einer negativen Spannung zu einer Zelldegradation bzw. Zellverschlechterung führt, ist es wünschenswert, diese genau zu erfassen. Den oben genannten Stand der Technik betrachtend ist das Problem, welches die Erfindung dieser Anmeldung zu lösen versucht, ein Auftreten einer negativen Spannung zu erfassen, auch wenn das Verfahren zur Überwachung des Status der Stromerzeugung auf Basis der Spannung von jeder der mehreren Zellen verwendet wird.
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Das Ziel der Erfindung ist es, das obige Problem zu lösen, was in den nachfolgenden Aspekten erreicht wird.
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Ein Aspekt schafft eine Vorrichtung zur Überwachung der Stromerzeugung. Diese Vorrichtung zur Überwachung der Stromerzeugung ist ausgestattet mit: einer Erfassungseinheit, die einen Gesamtwert einer Zellspannung von mehreren Zellen, die Brennstoffzellen enthalten, erfasst; eine Erhöhungseinheit, die die Strömungsrate bzw. die Durchflussmenge oder den Durchsatz von Anodengas zu den mehreren Brennstoffzellen erhöht, wenn der Gesamtwert eine Auftretenswahrscheinlichkeit einer negativen Spannung in manchen der mehreren Zellen anzeigt; und eine Feststellungseinheit, die auf Basis des Gesamtwerts nach dem Erhöhen der Strömungsrate von Anodengas feststellt, ob eine negative Spannung in manchen der mehreren Zellen aufgetreten ist. Dieser Aspekt macht es möglich auf Basis des Gesamtwerts der Zellspannung von mehreren Zellen festzustellen, ob eine negative Spannung in manchen der mehreren Zellen aufgetreten ist.
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In dem obigen Aspekt kann die Feststellungseinheit, wenn der Gesamtwert höher als eine Referenzspannung nach dem Erhöhen der Strömungsrate des Anodengases ist, feststellen, dass eine negative Spannung in manchen der mehreren Zellen aufgetreten ist. Dieser Aspekt vereinfacht eine Feststellung, da er einen Vergleich mit einem Referenzwert verwendet.
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In dem obigen Aspekt kann die Feststellungseinheit, wenn der Gesamtwert einen bestimmten Spannungswert nicht erreicht hat, sobald bzw. wenn eine bestimmte Zeitspanne nach dem Erhöhen der Strömungsrate des Anodengases verstrichen ist, feststellen, dass eine negative Spannung in keiner der mehreren Zellen aufgetreten ist (d. h. keine negative Spannung in einer der mehreren Zellen aufgetreten ist). Dieser Aspekt macht es möglich festzustellen, dass keine negative Spannung aufgetreten ist.
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In den obigen Aspekten kann die Feststellungseinheit, wenn gefolgert wird, dass die Zellspannung von manchen der mehreren Zellen nach dem Erhöhen der Strömungsrate des Anodengases null ist, feststellen, dass keine negative Spannung in einer der mehreren Zellen aufgetreten ist. Dieser Aspekt macht es möglich festzustellen, dass keine negative Spannung aufgetreten ist.
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In den obigen Aspekten kann die Erhöhungseinheit, nachdem die Feststellungseinheit eine Feststellung durchgeführt hat, die Strömungsrate des Anodengases auf ihren normalen Wert zurücksetzen. Dieser Aspekt ermöglicht es, die Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs einzuschränken.
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In den obigen Aspekten kann, wenn die Feststellunghäufigkeit, dass eine negative Spannung in manchen der mehreren Zellen aufgetreten ist, über einer bestimmten Haufigkeit liegt, eine von der Brennstoffzelle generierte Leistung bzw. Strom beschränkt werden. Dieser Aspekt macht es möglich, eine Zelldegradation auf Grund einer negativen Spannung einzuschränken.
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In den obigen Aspekten kann, wenn der Gesamtwert unter einer Grenzspannung liegt, ein von der Brennstoffzelle generierter Strom beschränkt werden. Dieser Aspekt ermöglicht es, eine Spannung angemessen zu beschränken.
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In den obigen Aspekten kann, wenn der von der Brennstoffzelle generierte Strom über einem bestimmten Wert liegt, ein von der Brennstoffzelle generierter Strom beschränkt werden. Dieser Aspekt ermöglicht es, eine Zelldegradation zu beschränken.
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Diese Aspekte können durch verschiedene andere Aspekte als die obigen realisiert werden. Beispielsweise können diese durch Aspekte wie Verfahren zur Begrenzung einer Stromerzeugung, Computerprogramme, die diese Verfahren realisieren können, und permanente Speichermedien, die diese Computerprogramme beinhalten, realisiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Brennstoffzellensystems;
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2 zeigt, wie eine Zellüberwachungseinheit mit Zellen verbunden ist;
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3 ist ein Balkendiagramm, das das Verhältnis zwischen gemessener Spannung und Zellspannung darstellt;
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4 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung darstellt;
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5 ist ein Graph, der Veränderungen in der Zellspannung darstellt, wenn ein Wasserstoffdefizit und ein Luftdefizit fortgeschritten sind; und
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen Feststellungsprozess darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Schema eines Brennstoffzellensystems 20, das in einem Automobil installiert ist. Das Brennstoffzellensystem 20 ist mit einem Anodensystem 50, einem Kathodensystem 60, einem Kontroller 80, einer Zellüberwachungseinheit 85, einem Kühlsystem 90 sowie einer Brennstoffzelle 100 ausgestattet. Die Brennstoffzelle 100 hat eine gestapelte Struktur bzw. eine Stapelaufbau mit Schichten bzw. Lagen in der folgenden Reihenfolge: eine Endplatte 110, eine isolierende Platte 120, eine Kollektorplatte 130, mehrere (bspw. 400) Zellen 140, eine Kollektorplatte 130, eine isolierende Platte 120 und eine Endplatte 110.
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Das Anodensystem 50 ist mit einem Wasserstofftank 51, einem Tankventil 52, einem Regler 53, einer Leitung 54, einem Auslasskontrollventil 56, einer Auslassleitung 57 sowie einer Zirkulationspumpe 58 ausgestattet. Der Wasserstoff, der in dem Wasserstofftank 51 gespeichert ist, wird einer Anode der Brennstoffzelle 100 über das Tankventil 52, den Regler 53 und die Leitung 54 zugeführt.
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Wenn das Auslasskontrollventil 56 offen ist, wird Anodenabgas (das gebildetes Wasser enthält) von der Auslassleitung 57 ausgelassen. Die Zirkulationspumpe 58 bringt das Anodenabgas zurück in die Leitung 54.
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Das Kathodensystem 60 ist mit einer Leitung 61, einem Luftkompressor 62 und einer Auslassleitung 63 vorgesehen. Der Luftkompressor 62 verdichtet Luft, die aus der Luft bzw. Umgebung angesaugt wird, und ist an einer Kathode der Brennstoffzelle 100 über die Leitung 61 ausgebildet. Das Kathodenabgas (das gebildetes Wasser enthält) wird von der Auslassleitung 57 an die Luft ausgelassen.
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Das Kühlsystem 90 ist mit einer Wasserpumpe 91, einer Leitung 92, einer Leitung 93 und einem Radiator 94 ausgebildet. Ein Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, wird durch die Wasserpumpe 91 über die Leitung 92, die Brennstoffzelle 100, die Leitung 93 und den Radiator 94 zirkuliert. Die Brennstoffzelle 100 wird gekühlt, indem Abwärme von der Brennstoffzelle 100 in dem Radiator 94 in die Luft ausgelassen wird.
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Der Kontroller 80 ist mit einer Erfassungseinheit 81, einem Feststellungsteil bzw. einer Feststellungseinheit 82 und einer Erhöhungseinheit 83 vorgesehen. Der Kontroller 80 steuert die Stromerzeugung von der Brennstoffzelle 100, indem er integral die verschiedenen zuvor genannten Vorgänge steuert, und indem er die für eine integrale Kontrolle benötigten Informationen erfasst. Die Zellüberwachungseinheit 85 erfasst den Status der Stromerzeugung der Zelle 140 und gibt diesen an den Kontroller 80 aus.
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2 zeigt, wie die Zellüberwachungseinheit 85 mit der Zelle 140 verbunden ist. Die Zellüberwachungseinheit 85 misst den Gesamtwert der Zellspannung für jede Zellgruppe. Die Erfassungseinheit 81 erfasst den Gesamtwert der Zellspannung für jede Zellgruppe. Eine Zellgruppe in der vorliegenden Ausführungsform wird durch zwei benachbarte Zellen der Zellen 140 gebildet. Die Zellüberwachungseinheit 85 einer solchen Konfiguration kann im Vergleich zu einer Konfiguration, in der eine Spannung jeder der Zellen 140 gemessen wird, günstig hergestellt werden. Der obige Begriff „Gesamtwert” wird nachfolgend auch als „gemessene Spannung” bezeichnet. Eines der Ziele des Erfassens der gemessenen Spannung ist es, die Zelle 140 zu erkennen, in der eine negative Spannung auftritt. Das kommt daher, dass eine Degradation bzw. Verschlechterung der Zelle 140 fortschreitet, in der eine negative Spannung aufgetreten ist.
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Da die gemessene Spannung jedoch ein Wert aus der Summe der Zellspannungen von jeder der zwei Zellen 140 ist, ist es schwierig, die Zellspannung von jeder einzelnen Zelle auf Basis der gemessenen Spannung zu erfassen. Falls die gemessene Spannung 0,6 V ist, ist es beispielsweise schwierig festzustellen, ob die Zellspannung 0,3 V für jede Zelle, 1 V und –0,4 V oder eine andere Kombination von numerischen Werten ist.
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Falls der obere Grenzwert für eine Zellspannung verwendet wird, ist es jedoch möglich, zu folgern, ob eine negative Spannung auftritt. In dieser Ausführungsform wird der obere Grenzwert der Zellspannung als ein fester Wert (bspw. 1,0 V) angesehen und nachfolgend wird dieser feste Wert als „zweite Spannung V2” bezeichnet. Die zweite Spannung V2 wird auf Basis der Strom-Spannungs-Charakteristik der Zelle 140 festgelegt.
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3 ist ein Balkendiagramm, welches das Verhältnis zwischen der gemessenen Spannung und der Zellspannung beschreibt. (A) in 3 stellt eine Situation dar, in der eine gemessene Spannung VA die zweite Spannung V2 übersteigt. In dieser Situation kann erfasst werden, dass eine Zellspannung VA1 und eine Zellspannung VA2 beide positive Spannungen sind.
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Falls es einen negativen Wert, wie beispielsweise eine gemessene Spannung VB und eine gemessene Spannung VC gibt, die in (B) und (C) in 3 dargestellt sind, kann das Auftreten einer negativen Spannung unmittelbar erfasst werden. (B) in 3 stellt eine Situation dar, in der eine Zellspannung VB1 und eine Zellspannung VB2 jeweils negative Spannungen sind, während (C) eine Situation darstellt, in der eine Zellspannung VC1 eine positive Spannung ist und eine Zellspannung VC2 eine negative Spannung ist.
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Der als ein Standard verwendete Wert, um solche Feststellungen durchzuführen, wird nachfolgend als eine „erste Spannung V1” bezeichnet. Die erste Spannung V1 dieser Ausführungsform ist Null V.
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(D) und (E) in 3 stellen eine Situation dar, in der eine gemessene Spannung VD und eine gemessene Spannung VE über der ersten Spannung V1 und unter der zweiten Spannung V2 liegen. In einer solchen Situation ist es auf Basis einer gemessenen Spannung nicht möglich zu erfassen, ob eine negative Spannung auftritt. Mit anderen Worten, obwohl es möglich ist, das eine Zellspannung VD1 und eine Zellspannung VD2 jeweils positive Spannungen sind, wie in (D) in 3 dargestellt ist, ist es auch möglich, dass eine Zellspannung VE2 trotz der Tatsache, dass eine Zellspannung VE1 eine positive Spannung ist, eine negative Spannung ist, wie es in (E) in 3 dargestellt ist.
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4 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung darstellt. Ein Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung ist ein Prozess, um den Umgang mit negativer Spannung auf Basis von Informationen zu gewährleisten, die durch eine gemessene Spannung erhalten wurden, und wird wiederholt durch den Kontroller 80 während der Stromerzeugung der Brennstoffzelle 100 ausgeführt. Indem der Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung ausgeführt wird, fungiert der Kontroller 80 als eine Vorrichtung zur Überwachung der Stromerzeugung, die ein Verfahren zur Überwachung der Stromerzeugung realisiert.
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Zuerst erfasst die Erfassungseinheit 81 die gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen (Schritt S190). Anschließend stellt der Kontroller 80 fest, ob die erfasste gemessene Spannung für alle Zellgruppen oberhalb der zweiten Spannung V2 liegt (Schritt S200). Falls zumindest manche der gemessenen Spannungen für die Zellgruppen unterhalb der zweiten Spannung V2 liegen (Schritt S200, NEIN), stellt der Kontroller 80 fest, ob die gemessenen Spannungen von allen Zellgruppen oberhalb der ersten Spannung V1 liegen (Schritt S300). Falls zumindest manche der gemessenen Spannungen für die Zellgruppen unterhalb der ersten Spannung V1 liegen (Schritt S300, NEIN), stellt die Feststellungseinheit 82 fest, ob ein Wasserstoffdefizit in diesen Zellgruppen auftritt (Schritt S510).
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5 ist ein Graph, der schematisch Veränderungen in der Zellspannung darstellt, wenn ein Wasserstoffdefizit aufgetreten ist und wenn ein Luftdefizit aufgetreten ist. Ein Wasserstoffdefizit ist ein Zustand, in dem die Menge von Wasserstoff niedriger als die für eine normale Stromerzeugungsreaktion in der Zelle 140 benötige Menge ist. Ein Luftdefizit ist ein Zustand, in dem die Menge von Sauerstoff niedriger als die für eine normale Stromerzeugungsreaktion in der Zelle 140 benötigte Menge ist. Wenn ein Wasserstoffdefizit fortschreitet, verursacht es ein Auftreten einer negativen Spannung, wie es in 5 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu wird das Fortschreiten eines Luftdefizits kein Auftreten einer negativen Spannung verursachen, solange Null V aufrechterhalten wird. Falls eine negative Spannung bestätigt wird, kann festgestellt werden, dass es ein Wasserstoffdefizit gibt.
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Anschließend nimmt der Kontroller 80 die aktuelle Zeit auf (Schritt S515). Diese Aufnahme wird für einen Schritt S400 und einen Schritt S500 benötigt, die später beschrieben werden. Danach steuert der Kontroller 80 das Equipment für das Anodensystem 50 und erhöht die Strömungsrate bzw. die Durchflussmenge oder den Durchsatz von Wasserstoff (Schritt S520) und beschränkt anschließend eine Leistung (Schritt S530). Genauer wird eine von der Brennstoffzelle 100 generierte Leistung beschränkt, so dass sie einen oberen Grenzwert nicht übersteigt. Dieser obere Grenzwert ist ein Wert, der niedriger als der obere Grenzwert ist, der während normalen Zeiten eingestellt wird. Diese Schritte begrenzen eine Degradation der Zelle 140 aufgrund einer negativen Spannung. Um die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs einzuschränken, wird eine Erhöhung der Strömungsrate von Wasserstoff nach einer bestimmten Zeitspanne beendet. Damit wird der Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung beendet.
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Falls die gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen über der ersten Spannung V1 liegen (Schritt S300, JA), stellt der Kontroller 80 fest, ob eine Auftretenshäufigkeit bzw. ein Anzahl der Vorkommen eines Wasserstoffdefizits während einer Fahrt oberhalb M-Mal liegt (M ist eine natürliche Zahl) (Schritt S400). „Eine Fahrt” bezieht sich auf eine Zeitspanne von einem Starten der Brennstoffzelle bis zu einem Beenden der Brennstoffzelle. Diese Feststellung wird unter Verwendung der Aufzeichnungen durchgeführt, die in den zuvor genannten Schritt S515 und Schritt S755 gemacht wurden, was später beschrieben werden wird.
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Falls die Anzahl der Vorkommen eines Wasserstoffdefizits während einer Fahrt unter M-Mal liegt (Schritt S400, NEIN), stellt der Kontroller 80 fest, ob die Anzahl der Vorkommen eines Wasserstoffdefizits, während der letzten bestimmten Zeitspanne oberhalb von N-Mal liegt (N ist eine natürliche Zahl unter M) (Schritt S500). Falls die Anzahl der Vorkommen eines Wasserstoffdefizits während der letzten bestimmten Zeitspanne unter N-Mal liegt (Schritt S500, NEIN), stellt der Kontroller 80 fest, ob der aktuelle Wert des durch die Brennstoffzelle 100 generierten Stroms unterhalb eines bestimmten Werts liegt (bspw. 50A) (Schritt S505). Falls der aktuelle Wert unterhalb des bestimmten Wertes liegt (Schritt S505, JA), führt der Kontroller 80 einen Feststellungsprozess aus (Schritt S700).
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen Feststellungsprozess darstellt. Zuerst erhöht die Erhöhungseinheit 83 die Strömungsrate von Wasserstroff (Schritt S710). Dann erfasst die Erfassungseinheit 81 die gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen (Schritt S715). Anschließend stellt der Kontroller 80 fest, ob die erfassten gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen über der zweiten Spannung V2 liegen (Schritt S720). Falls die gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen über der zweiten Spannung V2 liegen (Schritt S720, JA), stellt die Feststellungseinheit 82 fest, dass ein Wasserstoffdefizit bei dem Punkt des Schritts S300 aufgetreten ist (Schritt S750). Ein Wasserstoffdefizit wird häufig durch eine unzureichende Zufuhr von Wasserstoffgas, einer Überflutung und ähnlichem verursacht. Diese Hauptursachen werden häufig durch eine erhöhte Strömungsrate von Wasserstoff gelöst. Daher werden Feststellungen in dem Schritt S750, wie es oben beschrieben ist, durchgeführt.
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Danach nimmt der Kontroller 80 die aktuelle Zeit auf (Schritt S755). Dann setzt die Erhöhungseinheit 83 nach einer bestimmten Zeitspanne die Strömungsrate von Wasserstoff auf ihren normalen Wert zurück (Schritt S760) und der Feststellungsprozess wird beendet. Damit wird der Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung beendet. Eine Leistung wird nicht begrenzt, da keine negative Spannung zu diesem Punkt in dem Schritt S750 auftreten sollte, obwohl es möglich ist, dass eine negative Spannung zu dem Punkt des Schritts S300 aufgetreten ist.
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Falls zumindest manche der gemessenen Spannungen für die Zellgruppen unterhalb der zweiten Spannung V2 liegen (Schritt S720, NEIN), stellt der Kontroller 80 fest, ob gefolgert wird, dass in allen dieser Zellgruppen die Zellspannung von einer der Zellen 140 für eine bestimmte Zeitspanne kontinuierlich nahe bei Null V (bspw. 0 ± 0.02 V) ist (Schritt S730). Beispiele für Feststellungen aus Schritt S730 enthalten eine Situation, in der die gemessene Spannung einen Wert geringfügig unter der zweiten Spannung V2 beibehält, oder eine Situation in der, obwohl die gemessenen Werte geringfügig unter der zweiten Spannung V2 liegen, eine Zellspannung unabhängig von dem Zeitpunkt, zu dem die Strömungsrate von Wasserstoff ansteigt, nicht mehr fällt. In solchen Situationen gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Luftdefizits.
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Falls nicht gefolgert wird, dass die Zellspannung von einer der Zellen 140 für eine bestimmte Zeitspanne kontinuierlich nahe bei Null V ist (Schritt S730, NEIN), stellt der Kontroller 80 fest, ob eine Unterbrechung aufgetreten ist (Schritt S740). Genauer wird festgestellt, dass eine Unterbrechung aufgetreten ist, falls die verstrichene Zeitspanne eine bestimmte Zeitspanne unter Verwendung eines Punktes als Startpunkt erreicht, zu dem die Strömungsrate von Wasserstoff in dem Schritt S710 erhöht wurde. Die bestimmte Zeitspanne in dem Schritt S740 ist länger als die bestimmte Zeitspanne in dem Schritt S730.
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Falls keine Unterbrechung aufgetreten ist (Schritt S740, NEIN) kehrt der Kontroller 80 zu Schritt S715 zurück und wiederholt die zuvor genannte Feststellung. Falls eine Unterbrechung aufgetreten ist (Schritt S740, JA) und gefolgert wird, dass die Zellspannung von einer der Zellen 140 für eine bestimmte Zeitspanne kontinuierlich nahe bei Null V ist (Schritt S730, JA), stellt die Feststellungseinheit 82 fest, dass ein Luftdefizit bei dem Punkt des Schritts 300 aufgetreten ist (Schritt S770), die Erhöhungseinheit 83 setzt die Strömungsrate von Wasserstoff auf ihren normalen Wert zurück (Schritt S830) und nach einem Bereithalten für eine bestimmte Zeitspanne (Schritt S840) wird der Feststellungsprozess beendet. Damit wird der Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung beendet.
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Der Grund für ein unmittelbares Zurücksetzen der Strömungsrate von Wasserstoff auf ihren normalen Wert, wie oben beschrieben wurde, ist, weil ein Erhöhen der Strömungsrate von Wasserstoff während eines Luftdefizits unnötig ist. Der Kontroller 80 bleibt für eine bestimmte Zeitspanne in Bereitschaft, um eine Verzögerung des Zeitpunktes für den Beginn der nächsten Schleife des Prozesses zur Überwachung der Stromerzeugung und ein unmittelbares Ausführen eines Feststellungsprozesses zu vermeiden. Da wie oben beschrieben keine Maßnahmen ergriffen werden, sogar wenn ein Luftdefizit auftritt, gibt es bei dieser Ausführungsform eine hohe Wahrscheinlichkeit für erste Spannung V1 ≦ gemessene Spannung < zweite Spannung V2 bei dem Punkt von dem Schritt S830. Falls die nächste Schleife des Prozesses zur Überwachung der Stromerzeugung ausgeführt wird, führt dies daher dazu, dass der Feststellungsprozess ausgeführt wird. Da jedoch ein Feststellungsprozess unmittelbar nach einer Feststellung über ein Luftdefizit unnötig ist, verbleibt ein bestimmtes Zeitfenster, wie oben beschrieben ist, um die Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs einzuschränken.
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Weiter ist, wie oben beschrieben ist, die Zellspannung der Zelle 140, in der ein Luftdefizit aufgetreten ist, Null V. Auch wenn die Stromerzeugung in manchen der Zellen 140 stoppt, kann auf diese Weise normalerweise ein Strombedarf durch die Stromerzeugung der anderen Zellen 140 erfüllt werden. Sogar wenn ein Luftdefizit auftritt, ergreift der Kontroller 80 in dieser Ausführungsform daher keine Maßnahme und führt keine Maßnahmen wie beispielsweise ein Erhöhen der Strömungsrate von Luft aus.
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Wenn der Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung wiederholt wird, wird manchmal, falls die gemessene Spannung unterhalb der zweiten Spannung V2 (Schritt S200, NEIN) und oberhalb der ersten Spannung V1 (Schritt S300, JA) ist, die Anzahl des Auftretens eines Wasserstoffdefizits während einer Fahrt oberhalb M-Mal liegen (Schritt S400, JA), oder wird die Anzahl des Auftretens eines Wasserstoffdefizits während der letzten bestimmten Zeitspanne über N-Mal liegen (Schritt S500, JA). Zu solchen Zeiten führt der Kontroller 80 den Feststellungsprozess nicht aus und führt die Schritte S510–S530, wie oben beschrieben aus. Das kommt daher, dass, falls die gemessene Spannung wieder fällt, nachdem ein Wasserstoffdefizit häufig aufgetreten ist, es eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Wasserstoffdefizit die Ursache ist. Außerdem wird, falls ein Wasserstoffdefizit häufig auf diese Weise aufgetreten ist, sicherheitshalber eine Leistungsbeschränkung (Schritt S530) zusätzlich zu einer Erhöhung der Strömungsrate bzw. der Durchflussmenge oder des Durchsatzes von Wasserstoff ausgeführt.
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Falls der aktuelle Wert der Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle 100 über einem bestimmten Wert ist (Schritt S505), führt der Kontroller 80 darüber hinaus nicht den Feststellungsprozess aus und führt die Schritte S510–S530, wie oben beschrieben, aus. Das kommt daher, dass, falls ein Wasserstoffdefizit auftritt, wenn der aktuelle Wert hoch ist, eine Degradation der Zelle 140 in einer kurzen Zeit fortschreiten wird. Wenn der aktuelle Wert beispielsweise oberhalb eines bestimmten Wertes ist, wird dieses als ein Wasserstoffdefizit betrachtet.
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Falls die gemessenen Spannungen für alle Zellgruppen oberhalb der zweiten Spannung V2 liegen (Schritt S200, JA), hebt der Kontroller 80 Leistungsbeschränkungen auf (Schritt S210) und ein Prozess zur Überwachung der Stromerzeugung wird beendet. Falls die Leistung nicht beschränkt wird, wird der Schritt 210 ausgelassen.
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Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, ein Auftreten eines Wasserstoffdefizits in einer der Zellen 140 zu erfassen, während Herstellungskosten durch eine Konfiguration, bei der eine Spannung für jede der Zellgruppen gemessen wird, reduziert werden. Dies ermöglicht es, eine unnötige Leistungsbeschränkung zu vermeiden. Mit anderen Worten, wenn ein Wasserstoffdefizit nur über die gemessene Spannung überwacht wird, kann die Degradation der Zelle 140 gehemmt werden, falls die Leistung eingeschränkt wird, wenn die gemessene Spannung < zweite Spannung V2 ist. Jedoch führt dieses Verfahren zu einer häufigen Beschränkung der Leistung und kann einen negativen Effekt auf ein Fahrgefühl und ähnliches haben. Im Gegensatz dazu macht es diese Ausführungsform möglich, eine Beschränkung der Leistung zu vermeiden, falls ein Luftdefizit festgestellt wird, wenn eine erste Spannung V1 ≦ einer gemessenen Spannung < einer zweiten Spannung V2 ist. Auch wenn die gemessene Spannung durch eine Erhöhung der Strömungsrate von Wasserstoff wiederhergestellt wurde, kann außerdem eine Beschränkung von Leistung, während einer Korrektur des Wasserstoffdefizits, vermieden werden.
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Jedoch wird eine Leistung sogar bei dieser Ausführungsform beschränkt, wenn eine Möglichkeit einer negativen Spannung besteht. Wie oben beschrieben wurde, wird insbesondere, wenn ein Wasserstoffdefizit häufig auftritt, eine Leistung beschränkt ohne einen Feststellungsprozess auszuführen. Dies hemmt eine Verschlechterung bzw. Degradation der Zelle 140.
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Zusätzlich verhindert es auch übermäßige Erhöhungen der Strömungsrate von Wasserstoff. Mit anderen Worten, falls ein Luftdefizit festgestellt wurde, ist es unnötig, die Strömungsrate von Wasserstoff zu erhöhen und die Strömungsrate wird somit unmittelbar auf ihren vorherigen Stand zurückgesetzt. Sogar in dem Fall eines Wasserstoffdefizits wird die Strömungsrate zusätzlich auf ihren vorherigen Stand zurückgesetzt, nachdem eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Diese Maßnahmen hemmen die Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs.
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Diese Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen, die praktischen Beispiele oder die Modifikationen der vorliegenden Spezifikation beschränkt, sondern kann auf eine Vielzahl von Konfigurationen in dem Maße realisiert werden, dass eine Konfiguration nicht von der generellen Bedeutung abweicht. Beispielsweise können die technischen Merkmale in diesen Ausführungsformen, den praktischen Beispielen und den Modifikationen, die den technischen Merkmalen innerhalb der verschiedenen Formen, die in der Kurzfassung der Erfindung genannt sind, nach Bedarf ausgetauscht oder kombiniert werden, um alle oder manche der oben genannten Probleme zu lösen, oder um alle oder manche der oben genannten Ergebnisse zu erzielen. Falls diese technischen Merkmale nicht als wesentlich für diese Spezifikation beschrieben sind, können diese bei Bedarf weggelassen werden. Dies wird beispielhaft unten dargestellt.
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Falls ein Wasserstoffdefizit festgestellt wurde, kann die Erhöhung der Strömungsrate von Wasserstoff unmittelbar auf ihren vorherigen Stand zurückgebracht werden.
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Dadurch wird ermöglicht, die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu hemmen. Wenn die gemessene Spannung nicht wieder hergestellt wurde, kann in dieser Situation die Leistung beschränkt werden.
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Die erste Spannung kann ein höherer oder niedrigerer Wert als Null V sein. Falls dieser beispielsweise ein höherer Wert als Null V ist, wird die Strömungsrate von Wasserstoff erhöht, bevor ein Wasserstoffdefizit auftritt, wodurch ermöglicht wird, ein Auftreten einer negativen Spannung im Voraus zu verhindern.
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Die zweite Spannung kann ein höherer oder niedrigerer Wert als der obere Grenzwert der Zellspannung sein. Falls dieser beispielsweise ein höherer Wert als der obere Grenzwert der Zellspannung ist, wird normalerweise festgestellt, dass „es eine Auftretenswahrscheinlichkeit einer negativen Spannung gibt”, was eine bessere Verhinderung des Auftretens einer negativen Spannung ermöglicht.
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Die zweite Spannung kann eine Variable sein. Beispielsweise kann diese eine Mittelwertspannung sein, die durch Messen der Gesamtspannung einer Zellgruppe und Teilen durch die Anzahl der in dieser Zellgruppe enthaltenden Zellen berechnet wird.
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Die Anzahl der Zellen, die eine Zellgruppe bilden, kann eine mehrzahlige Anzahl sein.
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Zellen, die keine Zellgruppe bilden, können enthalten sein. Mit anderen Worten, Zellen, für welche die Spannung von jeder einzelnen Zelle berechnet wird, können enthalten sein.
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Die Anzahl von Zellen, aus der eine Zellgruppe besteht, muss nicht einheitlich sein.
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Zellen, für welche die Spannung nicht berechnet wird, können enthalten sein.
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Feststellungen eines Wasserstoffdefizits oder eines Luftdefizits sind nicht auf die Feststellungen der Ausführungsform beschränkt. Wenn eine Zelldegradation weiter gehemmt wird, können Feststellungen eines Wasserstoffdefizits durchgeführt werden, um die Feststellungen eines Wasserstoffdefizits zu erhöhen, außer in Situationen, in welchen es eine beträchtlich hohe Wahrscheinlichkeit eines Luftdefizits gibt. Wenn beispielsweise eine gemessene Spannung weitgehend nicht auf eine Erhöhung der Strömungsrate von Wasserstoff anspricht, kann eine Feststellung eines Luftdefizits durchgeführt werden, während eine Feststellung eines Wasserstoffdefizits in einer anderen Situation durchgeführt werden kann.
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Wenn die Priorität auf eine Vermeidung einer Leistungsbeschränkung oder auf eine Hemmung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs gelegt ist, kann alternativ eine Feststellung eines Luftdefizits durchgeführt werden, um die Feststellungen eines Luftdefizits zu erhöhen, außer in Situationen, in welchen es eine beträchtlich hohe Wahrscheinlichkeit eines Wasserstoffdefizits gibt. Wenn beispielsweise eine gemessene Spannung durch eine Erhöhung der Strömungsrate von Wasserstroff unmittelbar wiederhergestellt wird, kann eine Feststellung eines Wasserstoffdefizit durchgeführt werden, während eine Feststellung eines Luftdefizits in einer anderen Situation durchgeführt werden kann.
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Ein aktueller Wert muss nicht berücksichtigt werden, wenn eine Entscheidung durchgeführt wird, ob eine Leistung beschränkt wird.
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Die Erfassung einer gemessenen Spannung, die Erhöhung einer Strömungsrate von Wasserstoff und ein Feststellungsprozess (eine Feststellung, ob eine negative Spannung auftritt) können unter Verwendung separater ECUs durchgeführt werden.
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Die bestimmte Zeitspanne der Feststellung für den Schritt S500 kann variabel sein. Mit anderen Worten, der Zeitpunkt, ab dem die Anzahl der Feststellungen von Wasserstoffdefiziten gezählt wird, kann entsprechend der Bedingungen verändert werden. Wenn beispielsweise die absolute Betriebszeit des Brennstoffzellensystems lang ist und es Bedenken über eine Zelldegradation gibt, kann die oben genannte bestimmte Zeitspanne verlängert werden und eine Leistungsbeschränkung kann erleichtert werden.
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Die Verwendung der Brennstoffzelle muss nicht auf Automobile beschränkt sein. Beispielsweise kann die Brennstoffzelle in Transportmitteln installiert sein (zweirädrige Fahrzeuge, Züge, etc.) oder kann bei einer stationären Stromerzeugung verwendet werden.
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In der oben genannten Ausführungsform können zumindest manche der Funktionen und Prozesse, die durch eine Software realisiert sind, durch Hardware realisiert werden. Zusätzlich können zumindest manche der Funktionen und Prozesse, die durch Hardware realisiert sind, durch Software realisiert werden. Eine Vielzahl von Schaltkreisen kann als Hardware verwendet werden, beispielsweise integrierte Schaltkreise, diskrete Schaltkreise oder modulare Schaltkreise, die Kombinationen von diesen Schaltkreisen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-218947 A [0001]
- JP 2013-69489 A [0003]
