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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und System zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels und insbesondere ein Verfahren und System zum genaueren Überprüfen eines Zustandes eines Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage einer Steuerlogik zwischen Steuervorrichtungen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Brennstoffzellenfahrzeug stellt eine Art eines Fahrzeugs dar, das einen Brennstoffzellenstapel, der mehrere als eine Energiequelle verwendete Brennstoffzellen schichtet; ein Brennstoffversorgungssystem, das Wasserstoff, das ein Brennstoff für den Brennstoffzellenstapel darstellt, zuführt; ein Luftversorgungssystem, das Sauerstoff, der ein für elektrochemische Reaktionen notwendiges Oxidationsmittel darstellt; und ein Wasser- und Wärme-Management-System, das eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels einstellt, umfasst. Das Brennstoffversorgungssystem dekomprimiert komprimierten Wasserstoff innerhalb eines Wasserstofftanks und führt den Wasserstoff an eine Brennstoffelektrode (Anode) des Stapels zu. Darüber hinaus führt das Luftversorgungssystem von außen durch ein Luftgebläse angesaugte Luft an eine Luftelektrode (Kathode) des Stapels zu.
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Wenn Wasserstoff und Luft an die Brennstoffelektrode beziehungsweise Luftelektrode des Stapels bereitgestellt werden, werden Wasserstoffionen durch eine Katalysereaktion an der Brennstoffelektrode extrahiert. Die getrennten Wasserstoffionen werden an die Anode durch eine Elektrolytmembran zugeführt, und die Wasserstoffionen und Elektronen von der Brennstoffelektrode erzeugen eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff, um elektrische Energie an der Anode zu erzeugen. Insbesondere verursachen eine elektrochemische Oxidation von Wasserstoff an der Brennstoffelektrode und eine elektrochemische Reduktion von Sauerstoff an der Luftelektrode, dass sich die Elektronen bewegen, und das Bewegen der Elektronen erzeugt Elektrizität und Wärme. Zusätzlich wird Wasserdampf oder Wasser durch die chemische Wirkung eines Kombinierens/Verbindens von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.
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Eine Ausströmungsvorrichtung ist angeordnet, um nicht umgesetzten Wasserstoff und Sauerstoff und Nebenprodukte, die in dem Verfahren der elektrischen Energieerzeugung erzeugt werden, wie Wasserdampf, Wasser und Wärme, auszustoßen. Ferner werden Gase, wie Wasserdampf, Wasserstoff und Sauerstoff an die Luft durch eine Belüftungshaube ausgestoßen. Die Komponenten zum Betreiben einer Brennstoffzelle, wie beispielsweise ein Luftgebläse, ein Wasserstoffrückführungsgebläse, eine Wasserpumpe und dergleichen werden mit einem Hauptbusanschluss verbunden, um einen Betrieb der Brennstoffzelle zu ermöglichen. Der Hauptbusanschluss kann mit verschiedenen Relais zum Ermöglichen einer Stromunterbrechung und eines Stromanschlusses und einer Diode zum Verhindern eines Rückstromes verbunden werden.
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Trockene Luft, die durch das Luftgebläse zugeführt wird, wird durch einen Befeuchter befeuchtet und wird dann an eine Kathode des Brennstoffzellenstapels zugeführt. Das Abgas der Kathode, das aufgrund des darin erzeugten Wassers eine im Wesentlichen hohe Feuchtigkeit aufweist, wird an den Befeuchter übertragen und kann verwendet werden, um trockene Luft zu befeuchten, die an die Kathode durch das Luftgebläse zugeführt werden soll. Ferner werden ein Zustand und die Leistung eines Brennstoffzellenstapels durch ein hochpräzises Ansprechen auf Betriebsbedingungen, wie eine Lufttemperatur, Kühlmitteltemperatur und einen Strom bestimmt. Ein kontinuierliches Fahren unter schlechten Betriebsbedingungen verursacht einen Leistungsabfall der Brennstoffzelle und führt zu einem potenziellen Ausfall, um eine ausreichende Ausgangsleistung, die von einem Fahrer kurzfristig verlangt wird, zu erzeugen. Langfristig kann dies auch eine Verschlechterung der Haltbarkeit und Verringerung eines Lebenszyklus der Brennstoffzelle nach sich ziehen.
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Darüber hinaus ist ein Austrocknen des Stapels auf zwei Hauptursachen zurückzuführen, umfassend ein Austrocknen, das bei einer im Wesentlichen hohen Temperatur und hoher Leistung auftritt, und ein weiteres Austrocknen, das bei einer im Wesentlichen niedrigen Leistung auftritt. Das Austrocknen bei hoher Temperatur und hoher Leistung erfolgt aufgrund eines Verlustes einer Wärmebilanz; während das Austrocknen bei niedriger Leistung aufgrund einer Luftüberversorgung auftritt. Wenn ein Austrocknen des Brennstoffzellenstapels auftritt, verringert sich die Leistung des Brennstoffzellenstapels und die zum Wiederherstellen der normalen Leistung erforderliche Zeit nimmt zu. Demzufolge ist es erforderlich, um zu erfassen, ob ein Austrocknen des Brennstoffzellenstapels auftritt, und um Bedingungen einzustellen, um sich durch ein Antreiben zum Wiederherstellen des Stapels schnell von dem Austrocknen zu erholen.
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Zum Überprüfen eines Zustandes des Brennstoffzellenstapels können ein durch eine langfristige Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels verursachter Austrocknungszustand und ein Wassermangel innerhalb einer Membranelektrodenanordnung unter Verwendung eines ohmschen Werts bestimmt werden. Um den ohmschen Wert zu messen, kann eine zwischen dem Brennstoffzellenstapel und einer externen Energieverbrauchsvorrichtung angeordneter Unterbrechungsvorrichtung verwendet werden. Der ohmsche Wert kann auf der Grundlage eines plötzlichen Anstiegs der Spannung, die sich aus einem vorübergehenden Unterbrechen eines Stromflusses in dem Brennstoffzellenstapel ergibt, gemessen werden. Jedoch kann die Verwendung der Unterbrechungsvorrichtung ein Wärmeproblem innerhalb der externen Energieverbrauchsvorrichtung erzeugen und kann zu mangelnder Haltbarkeit der Unterbrechungsvorrichtung oder der externen Energieverbrauchsvorrichtung beitragen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Demzufolge ist die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der obigen Probleme gemacht worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren und System zum Überprüfen eines Zustandes eines Brennstoffzellenstapels unter Verwendung einer kooperativen/zusammenwirkenden Steuerlogik zwischen Steuerungen ohne eine externe Energieverbrauchsvorrichtung und Widerstandsanalysevorrichtung bereit.
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Ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen: Bestimmen eines Zeitpunktes, bei dem ein Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels erforderlich ist, auf der Grundlage von mehreren Faktoren; Antreiben eines auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motors für eine vorgegebene erste Bezugszeitdauer ab dem Zeitpunkt eines Bestimmens, dass ein Überprüfen erforderlich ist; Antreiben des auf einen zweiten Effizienzwert eingestellten Motors, nachdem die erste Bezugszeitdauer verstrichen ist; und Überprüfen eines Zustandes des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage einer Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors.
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Der Prozess zum Bestimmen eines Zeitpunktes, bei dem ein Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels erforderlich ist, kann umfassen ein Bestimmen, ob eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist. Der Prozess zum Antreiben eines auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors kann in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Diagnose des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist und die Abweichung der Abweichung des Ausgangsstromes kleiner als die vorgegebene Abweichung ist, durchgeführt werden. Insbesondere kann der erste Effizienzwert kleiner als der zweite Effizienzwert sein. Eine Ausgangsleistung des Motors in dem Prozess zum Antreiben des auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors kann die gleiche sein wie die in dem Prozess zum Antreiben des auf den zweiten Effizienzwert eingestellten Motors.
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Der Prozess zum Überprüfen eines Zustandes des Brennstoffzellenstapels kann umfassen ein Sammeln von Daten in Bezug auf eine Spannungsabweichung durch Messen der Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels und Überprüfen eines Zustandes des Brennstoffzellenstapels durch Analysieren eines Widerstandswertes auf der Grundlage der gesammelten Daten. Vor dem Prozess zum Antreiben des auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors kann das Verfahren ferner umfassen ein Stoppen eines Betriebs einer Leistungsumwandlungssteuerung, die ein Laden/Entladen einer Hochspannungsbatterie zwischen der Hochspannungsbatterie und dem Brennstoffzellenstapel steuert/regelt. Das Verfahren kann umfassen ein Wiederaufnehmen des Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung, wenn die erste Bezugszeitdauer und zweite Bezugszeitdauer verstrichen sind.
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Zusätzlich kann ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: Bestimmen, ob eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist, ob ein Überprüfen des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist und ob sich eine Motorsteuerung und Leistungsumwandlungssteuerung in einem normalen Zustand befinden; Übertragen der Anweisungen der Motorsteuerung zum Einleiten einer Diagnose des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage der Diagnosebestimmung und Stoppen eines Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung, wobei die Anweisung zum Antreiben eines auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motors während einer vorgegebenen ersten Bezugszeitdauer vorgesehen ist; Übertragen der Anweisungen der Motorsteuerung zum Beenden einer Diagnose des Brennstoffzellenstapels, wenn die vorgegebene erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, und Wiederaufnehmen des Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung, wobei die Anweisung zum Antreiben des auf den zweiten Effizienzwert eingestellten Motors vorgesehen ist; und Überprüfen des Zustandes des Brennstoffzellenstapels auf der Grundlage einer Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors.
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Ferner kann ein System zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: eine Brennstoffzellensteuerung, die eingerichtet ist, um einen Zustand des Brennstoffzellenstapels durch Bestimmen eines Zeitpunktes, bei dem ein Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels erforderlich ist, auf der Grundlage von mehreren Faktoren zu überprüfen; und eine Motorsteuerung, die eingerichtet ist, um einen auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motos für eine vorgegebene erste Bezugszeitdauer auf der Grundlage einer Diagnosebestimmung anzutreiben, den auf einen zweiten Effizienzwert eingestellten Motor anzutreiben, wenn die erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, und um an die Brennstoffzellensteuerung einen Widerstandwert, der auf der Grundlage einer Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors analysiert wird, zu übertragen.
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Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um den Zustand der Brennstoffzelle auf der Grundlage des übertragenen Widerstandswertes zu überprüfen. Die Brennstoffzellensteuerung kann ferner eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist. Zusätzlich kann die Brennstoffzellensteuerung eingerichtet sein, um die Motorsteuerung zu betreiben, um den auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motor anzutreiben, wenn ein Überprüfen des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist und die Abweichung des Ausgangsstromes kleiner als die vorgegebene Abweichung ist.
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Das System kann ferner umfassen eine Leistungsumwandlungssteuerung, die eingerichtet ist, um eine Hochspannungsbatterie zwischen der Hochspannungsbatterie und dem Brennstoffzellenstapel zu laden/entladen, und die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob sich die Leistungsumwandlungssteuerung und die Motorsteuerung in einem normalen Zustand befinden. Die Brennstoffzellensteuerung kann ferner eingerichtet sein, um in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass sich die Leistungsumwandlungssteuerung und Motorsteuerung in einem normalen Zustand befinden, einen Betrieb der Leistungsumwandlungssteuerung zu stoppen und die Motorsteuerung zu betreiben, um den auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motor anzutreiben.
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Der erste Effizienzwert kann kleiner als der zweite Effizienzwert sein. Die Ausgangsleistung des Motors beim Antreiben des auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors kann die gleiche wie die beim Antreiben des auf den zweiten Effizienzwert eingestellten Motors sein. Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um den Betrieb der Leistungsumwandlungssteuerung wiederaufzunehmen, wenn die erste Bezugszeitdauer und zweite Bezugszeitdauer verstrichen sind.
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Ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist den Effekt auf, dass ein ohmscher Wert durch eine kooperative/zusammenwirkende Steuerlogik unter einer Brennstoffzellensteuerung, Motorsteuerung und Leistungsumwandlungssteuerung ohne Bestückung mit einer separaten Energieverbrauchsvorrichtung und Analysevorrichtung des Ohmwerts analysiert wird. Demzufolge kann ein Haltbarkeitsproblem in Bezug auf die externe Energieverbrauchsvorrichtung gelöst werden. Darüber hinaus kann es möglich sein, einen Zustand des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung der derzeitigen Konfiguration des Brennstoffzellensystems ohne zusätzliche Hardware-Vorrichtungen kontinuierlich und genauer zu überprüfen, auch wenn eine Abweichung des Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels im Wesentlichen niedrig ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
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1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 zeigt ein beispielhaftes vereinfachtes Blockdiagramm für Komponenten eines Brennstoffzellenstapel-Diagnosesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B zeigen beispielhafte Flussdiagramme, die ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen; und
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4A und 4B zeigen beispielhafte Flussdiagramme, die ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
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Spezifische strukturelle oder funktionelle Beschreibungen in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung offenbart sind, sind nur zur Veranschaulichung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die Beschreibungen können in verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollten nicht als auf die in der Beschreibung oder Anwendung beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt angesehen werden.
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Bestimmte Ausführungsformen werden in den Zeichnungen dargestellt und im Detail in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung beschrieben, weil die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verschiedene Formen und Modifikationen aufweisen können. Es versteht sich jedoch, dass keine Absicht besteht, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die bestimmten Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern dass beabsichtigt ist, alle Modifikationen/Änderungen, Äquivalente und Alternativen, die in dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind, abzudecken.
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Obwohl die Begriffe ”erste”, ”zweite”, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollten diese Elemente durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element von einem weiteren Element zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden und in ähnlicher Weise könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit einem weiteren Element ”gekoppelt” oder ”verbunden” ist, es mit dem anderen Element direkt gekoppelt oder verbunden sein kann oder dazwischen angeordnete Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit einem weiteren Element ”direkt gekoppelt” oder ”direkt verbunden” ist, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Worte/Ausdrücke, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in ähnlicher Art und Weise ausgelegt werden (beispielsweise ”zwischen” im Vergleich zu ”direkt zwischen”, ”benachbart/neben” im Vergleich zu ”direkt benachbart/neben”, usw.).
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
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Wenn nichts anderes angegeben ist, haben alle hierin verwendeten Begriffe/Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe/Ausdrücke) dieselbe Bedeutung wie jene, die üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden werden. Es versteht sich ferner, dass Ausdrücke/Begriffe, wie jene, die in häufig verwendeten Wörterbüchern definiert sind, derart ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des Standes der Technik konsistent ist und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne ausgelegt werden, sofern dies nicht ausdrücklich hierin bestimmt wird.
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Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen die gleichen Bezugszeichen überall in den verschiedenen Zeichnungen verwendet werden, um die gleichen oder ähnlichen Komponenten zu bezeichnen.
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1 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und 2 zeigt ein beispielhaftes vereinfachtes Blockdiagramm für Komponenten eines Brennstoffzellenstapel-Diagnosesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Brennstoffzellenstapel-Diagnosesystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen: eine Brennstoffzellensteuerung 210, eine Motorsteuerung 220 und eine Leistungsumwandlungssteuerung 230. Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann eingerichtet sein, um mit der Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 in Verbindung zu stehen, und kann das ganze Brennstoffzellensystem betreiben. Die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, um einen Motor (nicht dargestellt) unter Verwendung eines Wechselrichters/Inverters (nicht dargestellt) zu betreiben. Die zwischen einem Brennstoffzellenstapel und einer Hochspannungsbatterie angeordnete Leistungsumwandlungssteuerung 230 kann eingerichtet sein, um ein Laden und Entladen der Hochspannungsbatterie auszuführen.
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Darüber hinaus kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um einen Zeitpunkt, bei dem ein Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels erforderlich ist, auf der Grundlage von mehreren Faktoren zu bestimmen (S101). Die mehreren Faktoren können eine Temperatur, Zellspannungsverteilung, Gesamtspannung und verstrichene Betriebszeit des Brennstoffzellenstapels umfassen, sind jedoch nicht auf die zuvor genannten beschränkt. Mit anderen Worten, um einen Zeitpunkt zu bestimmen, bei dem eine Diagnose des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist (z. B. wenn die Diagnose notwendig ist), kann die Brennstoffzellensteuerung eingerichtet sein, um einen Zeitpunkt für ein gezieltes Bestimmen, ob das Austrocknen auftritt, zu bestimmen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die gemäß mehreren Faktoren einschließlich der verstrichenen Betriebszeit eines Brennstoffzellenfahrzeugs, der Temperatur des Brennstoffzellenstapels, usw. vorbestimmt werden können.
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Insbesondere kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu überwachen, ob eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenfahrzeugs annehmbar ist. Mit anderen Worten kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist, weil die Ausgangsstromabweichung bestimmt werden kann, da es einen Fehler in dem Bereich einer Spannungsabweichung geben kann, die in einem Übergangsabschnitt gemessen werden soll, in dem die Abweichung des Ausgangsstromes im Wesentlichen hoch ist. Zusätzlich kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob sich die Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 in einem normalen Zustand befinden. Mit anderen Worten, wenn die Brennstoffzellensteuerung 210 Anweisungen/Befehle an die Motorsteuerung 220 beziehungsweise Leistungsumwandlungssteuerung 230 überträgt, kann bestimmt werden, ob die Motorsteuerung 220 und die Leistungsumwandlungssteuerung 230 gemäß den Anweisungen arbeiten können, indem die Anweisungen richtig empfangen werden. Mit anderen Worten bezieht sich der normale Zustand auf die Steuerungen, die auf der Grundlage von empfangenen Anweisungen ohne ein Versagen oder Fehler in Betrieb stehen.
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Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann eingerichtet sein, um ein Überprüfen des Brennstoffzellenstapels in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Diagnose des Brennstoffzellenstapels erforderlich ist, eine Abweichung eines Ausgangsstromes kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist und sich die Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 in einem normalen Zustand befinden, zu starten (S103). Mit anderen Worten kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Einleiten der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen.
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Andererseits kann in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Brennstoffzellenstapel-Diagnose nicht erforderlich ist; eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels die vorgegebene Abweichung oder größer sein kann; oder sich die Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 nicht in einem normalen Zustand befinden (sind beispielsweise in einem Fehler- oder Ausfallzustand), die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Brennstoffzellenstapel-Diagnose nun im Gange ist (S121). In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Brennstoffzellenstapel-Diagnose im Gange ist, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu beenden (S123).
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Die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, um einen auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motor für eine vorgegebene erste Bezugszeitdauer auf der Grundlage der Anweisungen zum Einleiten der Brennstoffzellenstapel-Diagnose anzutreiben (S105). Zusätzlich, für einen Hybrid-Antriebsmodus, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um einen Betrieb der Leistungsumwandlungssteuerung 230 durch Übertragen von Anweisungen zum Stoppen des Betriebs an die Leistungsumwandlungssteuerung 230 zu stoppen. Das Stoppen des Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung 230 kann einen Stromfluss zwischen der Hochspannungsbatterie und dem Brennstoffzellenstapel durch die Leistungsumwandlungssteuerung 230 unterbrechen, da es nur notwendig werden kann, den Strom an den Brennstoffzellenstapel zu unterbrechen. Ferner ist es für einen Antriebsmodus unter Verwendung einer Brennstoffzelle nicht unbedingt erforderlich, dass die Brennstoffzellensteuerung 210 die Leistungsumwandlungssteuerung 230 betreibt.
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Die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, einen auf einen ersten Effizienzwert eingestellten Motor für eine vorgegebene erste Bezugszeitdauer zu betreiben/anzutreiben (S105). Wenn die vorgegebene erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Beenden der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen (S107), und die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, um die Anweisungen von der Brennstoffzellensteuerung 210 zu empfangen und den auf einen zweiten Effizienzwert eingestellten Motor anzutreiben (S109). Insbesondere kann der erste Effizienzwert kleiner als der zweite Effizienzwert sein. Ein Antreiben des auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors für die erste Bezugszeitdauer kann den Brennstoffzellenstapel absichtlich und ineffizient betreiben. Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Einleiten einer Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen. Wenn die vorgegebene erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Beenden der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen.
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Eine Ausgangsleistung des Motors während eines Antreibens eines auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors kann die gleiche sein wie die während eines Antreibens des auf den zweiten Effizienzwert eingestellten Motors. Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann eingerichtet sein, um die Antriebseffizienz des Motors absichtlich zu verschlechtern, aber die Ausgangsleistung des Motors kann für eine dauerhafte Fahrqualität im Wesentlichen konstant gehalten werden. Der zweite Effizienzwert kann ein normaler Effizienzwert der Motorsteuerung 220 sein. Die normale Effizienz kann ein Arbeitspunkt mit maximaler Effizienz der Motorsteuerung 220 (oder des Inverters) im Betrieb des Brennstoffzellenstapel-Diagnosesystems 200 sein. Darüber hinaus kann ein Antreiben des auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motors, der kleiner als der zweite Effizienzwert sein kann, die Effizienz der Motorsteuerung 220 absichtlich verringern.
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Insbesondere, da die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels zunimmt, kann der Energieverbrauch des Brennstoffzellenstapels ansteigen und die Spannung des Brennstoffzellenstapel kann sich stark verringern. Mit anderen Worten, wenn der Motor mit dem zweiten Effizienzwert angetrieben wird, der einen normalen Effizienzwert darstellt, nachdem er mit dem ersten Effizienzwert für eine vorgegebene erste Bezugszeitdauer angetrieben wird, kann der Strom so viel wie die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Effizienzwert unterbrochen werden. Folglich kann die Spannung des Brennstoffzellenstapels rasch ansteigen und ein ohmscher Wert kann unter Verwendung der Spannungsabweichung gemessen werden. Beim Messen der Spannungsabweichung kann die Motorsteuerung 220 eingerichtet sein, um einen erhöhten Gradienten der Spannung zu messen, und tastet den Spannungswert in Einheiten von μs ab. Demzufolge kann eine separate Hochgeschwindigkeits-Datenanalysevorrichtung weggelassen werden.
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Die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, um Daten in Bezug auf die Spannungsabweichung vor dem Verstreichen der vorgegebenen zweiten Bezugszeitdauer durch Messen der Spannungsabweichung zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors zu sammeln (S111); einen ohmschen Wert auf der Grundlage der gesammelten Daten zu analysieren (S113); und den analysierten Widerstandwert an die Brennstoffzellensteuerung 210 zu übertragen. Eine Messung der Spannungsabweichung kann begonnen werden, bevor die erste Bezugszeitdauer, in der der Motor mit dem ersten Effizienzwert angetrieben wird, verstrichen ist, und kann beendet werden, bevor die zweite Bezugszeitdauer, in der der Motor mit dem zweiten Effizienzwert angetrieben wird, verstrichen ist. Wenn das Messen der Spannungsabweichung gestartet wird, bevor die erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, kann es möglich sein, die Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors zu messen. Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann ferner eingerichtet sein, den analysierten Widerstandswert zu empfangen und um den Zustand des Brennstoffzellenstapels zu überprüfen (S115). Die Brennstoffzellensteuerung 210 kann dann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Brennstoffzellenstapel derzeit ausgetrocknet ist (S117), und wenn ja, um ein Antreiben zum Erholen von dem Austrocknen durchzuführen (S119).
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3A und 3B zeigen beispielhafte Flussdiagramme, die ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung genauer darstellen. Unter Bezugnahme auf 3A und 3B werden die Logik in der Brennstoffzellensteuerung 210 beziehungsweise Logik in der Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 veranschaulicht und die Beziehungen zwischen den Steuerungen wird durch die Figuren besser verständlich. 3A und 3B stellen ein Verfahren zum Überprüfen eines Brennstoffzellenstapels für ein Hybridfahrzeug dar. Für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das Brennstoffzellen als eine Antriebsquelle verwendet, kann ein Steuerprozess in Bezug auf die Leistungsumwandlungssteuerung 230 ausgeschlossen werden und ein entsprechendes Flussdiagramm ist in 4A und 4B dargestellt.
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Betrachtet man die Logik in der Brennstoffzellensteuerung 210, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob eine Brennstoffzellenstapel-Diagnose erforderlich ist, ob eine Abweichung eines Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels kleiner als eine vorgegebene Abweichung ist und ob sich die Motorsteuerung 220 und die Leistungsumwandlungssteuerung 230 in einem normalen Zustand befinden (S301). In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Brennstoffzellenstapel-Diagnose erforderlich ist; die Abweichung des Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels kleiner als die vorgegebene Abweichung ist und sich die Motorsteuerung 220 und die Leistungsumwandlungssteuerung 230 in einem normalen Zustand befinden, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Einleiten der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen und um an die Leistungsumwandlungssteuerung 230 Anweisungen zum Stoppen eines Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung 230 zu übertragen (S303).
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Wenn die erste Bezugszeitdauer verstrichen ist (S305), kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um an die Motorsteuerung 220 Anweisungen zum Beenden der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu übertragen (S307) und um an die Leistungsumwandlungssteuerung 230 Anweisungen zum Wiederaufnehmen des Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung 230 zu übertragen (S309). Ferner kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um auf der Grundlage des analysierten ohmschen Werts, der von der Motorsteuerung 220 empfangen wird, zu überprüfen, ob sich der Brennstoffzellenstapel in einem Austrocknungszustand befindet (S311). In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel ausgetrocknet ist, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um ein Antreiben zum Erholen von dem Austrocknen des Brennstoffzellenstapels zu betreiben (S315).
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Außerdem kann in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Brennstoffzellenstapel-Diagnose nicht erforderlich ist; die Abweichung des Ausgangsstromes des Brennstoffzellenstapels die vorgegebene Abweichung oder größer sein kann oder sich die Motorsteuerung 220 und Leistungsumwandlungssteuerung 230 nicht in einem normalen Zustand befinden, die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Brennstoffzellenstapel-Diagnose im Gange ist (S317). In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Brennstoffzellenstapel-Diagnose im Gange ist, kann die Brennstoffzellensteuerung 210 eingerichtet sein, um die Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu beenden (S319).
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Betrachtet man ferner die Logik in der Motorsteuerung 220, wenn sich die Motorsteuerung 220 in einem normalen Zustand befindet, kann die Motorsteuerung 220 eingerichtet sein, um Anweisungen zum Einleiten der Brennstoffzellenstapel-Diagnose von der Brennstoffzellensteuerung 210 zu empfangen (S321). Beim Empfangen der Anweisung zum Einleiten der Brennstoffzellenstapel-Diagnose kann die Motorsteuerung 220 eingerichtet sein, um den auf den ersten Effizienzwert eingestellten Motor während der vorgegebenen ersten Bezugszeitdauer (T1) anzutreiben (S323). Nachdem die erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, kann die Motorsteuerung 220 eingerichtet sein, um Anweisungen zum Beenden der Brennstoffzellenstapel-Diagnose zu empfangen (S325). Beim Empfangen der Anweisung zum Beenden der Brennstoffzellenstapel-Diagnose kann die Motorsteuerung 220 eingerichtet sein, um den auf den zweiten Effizienzwert eingestellten Motor anzutreiben (S327). Die Motorsteuerung 220 kann ferner eingerichtet sein, um die Spannungsabweichung des Brennstoffzellenstapels zwischen einem Antreiben des auf den ersten Effizienzwert und zweiten Effizienzwert eingestellten Motors zu messen und um Daten in Bezug auf die Spannungsabweichung zu sammeln (S329). Die Motorsteuerung 220 kann dann eingerichtet sein, um den ohmschen Wert auf der Grundlage der gesammelten Daten zu analysieren (S331) und um den analysierten Widerstandwert an die Brennstoffzellensteuerung 210 zu übertragen.
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Betrachtet man zusätzlich die Logik in der Leistungsumwandlungssteuerung 230 kann die Leistungsumwandlungssteuerung 230 eingerichtet sein, um Anweisungen zum Stoppen eines Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung von der Brennstoffzellensteuerung 210 zu empfangen (S341). Beim Empfangen der Anweisung zum Stoppen eines Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung (aus), kann die Leistungsumwandlungssteuerung eingerichtet sein, um den Betrieb zu stoppen. Das Stoppen des Betriebs kann umfassen ein Unterbrechen eines Energieflusses der Hochspannungsbatterie. Beim Empfangen der Anweisungen zum Wiederaufnehmen des Betriebs der Leistungsumwandlungssteuerung (ein) kann die Leistungsumwandlungssteuerung 230 eingerichtet sein, um den Betrieb wiederaufzunehmen.
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Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für veranschaulichende Zwecke beschrieben worden sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und der Lehre der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart wird, abzuweichen. Demzufolge sollte die wesentliche technische Konfiguration der vorliegenden Erfindung, die geschützt werden soll, durch die beigefügten Ansprüche festgelegt werden.
