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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern desselben und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, das eine Fehlfunktion der Brennstoffzufuhr an einen Brennstoffzellenstapel feststellt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung, die chemische Energie aus einem Brennstoff in elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel umwandelt und Energie nicht nur für Industrie, Haus und Fahrzeuge, sondern auch für kleine elektrische und elektronische Geräte liefert.
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Als ein Beispiel für die Brennstoffzelle ist eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (polymer electrolyte membrane fuel cell – PEMFC) als eine Energieversorgungsquelle zum Antreiben von Fahrzeugen untersucht worden. Die PEMFC umfasst eine Membranelektrodenanordnung (MEA), in der katalytische Elektrodenschichten, an denen elektrochemische Reaktionen auftreten, auf beiden Seiten einer Elektrolytmembran, durch welche Wasserstoffionen wandern, angebracht sind, eine Gasdiffusionsschicht (gas diffusion layer – GDL), die dazu dient, um Reaktionsgase gleichmäßig zu verteilen und um die erzeugte elektrische Energie zuzuführen, Dichtungs- und Klemmmittel zum Aufrechterhalten der Luftdichtigkeit und eines ordnungsgemäßen Klemmdrucks von Reaktionsgasen und eines Kühlmittels, und eine Bipolarplatte zum Bewegen der Reaktionsgase und des Kühlmittels.
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Wenn ein Fahrzeug nur durch die vorgenannte Brennstoffzelle angetrieben wird, tritt eine Leistungsverschlechterung in einem wenig effizienten Betriebsbereich der Brennstoffzelle auf. Somit kann eine Hochspannungsbatterie oder ein Superkondensator, der als ein Kondensator für eine zusätzliche Energiequelle dient, verwendet werden, um Energie, die zum Antreiben des Motors erforderlich ist, zusätzlich zu der Hauptenergiequelle, der Brennstoffzelle, bereitzustellen. Das Brennstoffzellenfahrzeug umfasst einen Brennstoff-Vorratsbehälter und stellt eine gewünschte elektrische Ausgangsleistung von der Brennstoffzelle durch Einstellen eines Drucks von Wasserstoff und Sauerstoff, die aus dem Hochdruck-Vorratsbehälter an eine Brennstoffzelleneinheit zugeführt werden, ein. Um eine gewünschte elektrische Ausgangsleistung von der Brennstoffzelle zu erhalten, ist es wichtig, eine gleichmäßige (z. B. konstante) Zufuhr von Brennstoff von dem Brennstoff-Vorratsbehälter zu der Brennstoffzelleneinheit zu bewirken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern desselben bereit, womit ein Fehler/Defekt und eine Fehlfunktion/Störung beim Zuführen von Brennstoff wie Wasserstoff und Sauerstoff, die an einen Brennstoffzellenstapel zugeführt werden, festgestellt/diagnostiziert werden können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein Brennstoffzellensystem umfassen: einen Brennstoffzellenstapel; eine Mehrzahl von Ventilen, die zum wahlweisen Öffnen/Schließen betätigt werden, um einen Brennstoff an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen und um Verunreinigungen zu entfernen; einen Drucksensor, der eingerichtet ist, um einen Druckzustand des an den Brennstoffzellenstapelzugeführten Brennstoffs zu erfassen; und eine Brennstoffzellensteuerung, die eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob der Drucksensor oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, indem eine zunehmende oder abnehmende Zeit (Anstiegs- oder Abnahmezeigt) des durch den Drucksensor erfassten Drucks mit einem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn die Mehrzahl von Ventilen betätigt werden, um geöffnet/geschlossen zu werden.
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Die Mehrzahl von Ventilen kann ein Brennstoffzufuhrventil, ein Spülventil, ein Ablassventil und ein Luftabsperrventil umfassen. Das Brennstoffzufuhrventil kann ein Wasserstoffzufuhrventil oder eine Luftversorgungsvorrichtung umfassen. Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Druck normal zunimmt, indem eine Druckanstiegszeit bzw. Druckzunahmezeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert ansteigt (z. B. erreicht), mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Brennstoffzufuhrventil geöffnet wird. Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Drucksensor fehlerhaft ist oder das Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils fehlgeschlagen ist, wenn die Druckanstiegszeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt.
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Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um einen Zustand des Spülventils und den Ablasszustand zu bestimmen, indem eine Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abnimmt/abfällt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Spülventil geöffnet wird. Die Brennstoffzellensteuerung kann ferner eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage oder eine Fehlfunktion/Störung des zu öffnenden oder zu schließenden Spülventils zu erfassen, wenn die Druckabfallzeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt. Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um einen Zustand des Ablassventils und den Ablasszustand zu erfassen, indem eine Druckabfallzeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abnimmt/abfällt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Ablassventil geöffnet wird.
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Zusätzlich kann die Brennstoffzellensteuerung eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage oder eine Fehlfunktion/Störung des zu öffnenden oder zu schließenden Ablassventils zu erfassen, wenn die Druckabfallzeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt. Die Brennstoffzellensteuerung kann eingerichtet sein, um einen Zustand des Spülventils, einen Zustand des Ablassventils und den Ablasszustand zu bestimmen, indem eine Druckabfallzeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert absinkt/abfällt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Spülventil und das Ablassventil beide geöffnet werden. Die Brennstoffzellensteuerung kann ferner eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Drucksensor oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, und um als Reaktion auf ein Bestimmen, dass der Drucksensor oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, eine Anzeige des Fehlers auszugeben oder eine Hilfsenergiequelle, eine Batterie, zu betreiben.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellensystems umfassen: Betätigen/Betreiben einer Mehrzahl von Ventilen eines Brennstoffzellenstapels, um geöffnet oder geschlossen zu werden; Bestimmen einer zunehmenden oder abnehmenden Zeit (Anstiegs- oder Abnahmezeit) des durch eine Mehrzahl von Drucksensoren erfassten Drucks; Vergleichen der bestimmten Anstiegs- oder Abnahmezeit des Drucks mit einem Referenzbereich der Zeitverzögerung; und Bestimmen aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, wenn die Druckanstiegszeit oder die Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt.
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Die Mehrzahl von Ventilen kann ein Brennstoffzufuhrventil, ein Spülventil, ein Ablassventil und ein Luftabsperrventil umfassen. Das Brennstoffzufuhrventil kann ein Wasserstoffzufuhrventil oder eine Luftversorgungsvorrichtung umfassen. Wenn das Brennstoffzufuhrventil geöffnet wird, kann die Bestimmung, wann die Anstiegszeit oder die Abnahmezeit des Drucks außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, umfassen ein Bestimmen, dass der Drucksensor fehlerhaft ist oder das Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils fehlgeschlagen ist, wenn die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert ansteigt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt.
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Wenn das Spülventil geöffnet wird, kann die Bestimmung, wann die Anstiegszeit oder die Abfallzeit des Drucks außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, umfassen ein Erfassen einer Brennstoffleckage oder einer Fehlfunktion/Störung des zu öffnenden oder zu schließenden Spülventils, wenn die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abfällt/abnimmt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt. Darüber hinaus, wenn das Ablassventil geöffnet wird, kann die Bestimmung, ob die Anstiegszeit oder die Abfallzeit des Drucks außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, umfassen ein Erfassen einer Brennstoffleckage oder einer Fehlfunktion/Störung des zu öffnenden oder zu schließenden Ablassventils, wenn die Druckabfallzeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abfällt/abnimmt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt.
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Wenn das Spülventil und das Ablassventil beide geöffnet werden, kann die Bestimmung, wann die Anstiegszeit oder die Abfallzeit des Drucks außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, umfassen ein Bestimmen, dass das Spülventil und das Ablassventil fehlerhaft sind und der Ablasszustand/Ablaufzustand anormal ist, wenn die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis ein Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abfällt/abnimmt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt.
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Ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellensystems kann ferner umfassen: nach einem Bestimmen aus dem Vergleich, dass die Mehrzahl von Drucksensoren oder die Mehrzahl von Ventilen fehlerhaft sind, wenn die Druckanstiegszeit oder die Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, Ausgeben einer Anzeige des Fehlers bzw. der Störung oder Betreiben einer Hilfsenergiequelle, einer Batterie.
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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 besser ersichtlich. In den Figuren zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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2 ein Blockdiagramm eines Wasserstoffversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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3 ein Blockdiagramm eines Sauerstoffversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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4 eine Verzögerung der Anstiegs- und Abnahmezeit des Drucks als Reaktion auf einen Öffnungs-/Schließvorgang eines Ventils in einem Wasserstoffversorgungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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5 ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen von Fehlern in einem Drucksensor oder einem Ventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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6 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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7 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
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8 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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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, wasserstoffgetriebene 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 die Ausführungsbeispiele derart beschrieben werden, dass sie eine Mehrzahl von Einheiten verwenden, um den beispielhaften Prozess bzw. das beispielhafte Verfahren durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse/Verfahren auch durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zusätzlich versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung 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 diese Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse/Verfahren durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
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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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Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff ”ungefähr”, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. ”Ungefähr” kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ”ungefähr” verändert.
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Die vorliegende Offenbarung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Offenbarung dargestellt sind, näher beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist; vielmehr werden diese Ausführungsformen vorgesehen, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig sein wird und das Konzept der Offenbarung dem Fachmann vollständig vermitteln wird. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente und daher wird ihre Beschreibung weggelassen. In der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung, wenn es bestimmt wird, dass eine ausführliche Beschreibung von häufig verwendeten Technologien oder Strukturen/Anordnungen in Bezug auf die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den Gegenstand der Offenbarung unnötigerweise unklar machen kann, wird die ausführliche Beschreibung weggelassen. Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe/Ausdrücke erste/erster/erstes, zweite/zweiter/zweites, dritte/dritter/drittes, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte durch diese Begriffe/Ausdrücke nicht beschränkt werden sollten. Diese Begriffe/Ausdrücke werden lediglich verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen/weiteren Bereich, einer anderen/weiteren Schicht oder einen anderen/weiteren Abschnitt zu unterscheiden.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Wasserstoffversorgungssystems und 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Sauerstoffversorgungssystems. Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 kann ein Brennstoffzellensystem 100 einen Brennstoffzellenstapel 110, eine Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191, einen Drucksensor 150, eine Brennstoffzellensteuerung 160 und eine Brennstoffversorgungsvorrichtung 170 umfassen. Die Steuerung 160 kann eingerichtet sein, um die verschiedenen anderen Komponenten des Systems auszuführen und zu betreiben.
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Insbesondere kann der Brennstoffzellenstapel 110 eingerichtet sein, um Elektrizität durch Aufnehmen von Brennstoff, Wasserstoff und ein Oxidationsmittel, Luft, zu erzeugen, und kann eine Luftelektrode und eine Brennstoffelektrode umfassen. Der Brennstoffzellenstapel 110 kann einen Aufbau aufweisen, in dem mehrere zehn Elementarzellen geschichtet sind, wobei jede Elementarzelle aus einer Membranelektrodenanordnung und einem Separator besteht, und es können mehrere Brennstoffzellenstapel 110a, 110b mit dem Aufbau vorhanden sein. Die Membranelektrodenanordnung kann eine Polymerelektrolytmembran umfassen, auf deren beiden Seiten eine Luftelektrode (oder Kathode) und eine Brennstoffelektrode (Anode) angebracht werden können.
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In der Elementarzelle der Brennstoffzelle kann der Brennstoff, Wasserstoff, an die Anode (oder Brennstoffelektrode) zugeführt werden und ein Oxidationsmittel, Sauerstoff, kann an die Kathode (oder Luftelektrode) zugeführt werden. Der an die Anode zugeführte Wasserstoff verliert ein Elektron, dass zu einem Proton wird, das dann durch die Elektrolytmembran zu der Kathode wandert, und das verlorene Elektron aus dem Wasserstoff arbeitet elektrisch in einer Schaltung außerhalb der Brennstoffzelle und erreicht dann die Kathode. An der Kathode gehen Protonen eine Verbindung mit Sauerstoff und Elektronen ein, um Wasser zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt treiben an der Anode erzeugte Elektronen den Motor des Brennstoffzellenfahrzeugs an. Die Brennstoffzellenstapel 110a, 110b sind in Reihe oder parallel geschaltet, um eine einzelne Brennstoffzelle zu bilden, die eine höhere Spannung als ein einzelner Brennstoffzellenstapel 110a oder 110b erzeugen kann.
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Als ein Beispiel der Brennstoffzelle gibt es eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (polymer electrolyte membrane fuel cell – PEMFC), die eine Membranelektrodenanordnung (MEA), in der katalytische Elektrodenschichten, auf denen elektrochemische Reaktionen auftreten, an beiden Seiten einer Elektrolytmembran, durch welche Wasserstoffionen wandern, angebracht sind, eine Gasdiffusionsschicht (gas diffusion layer – GDL), die dazu dient, um Reaktionsgase gleichmäßig zu Verteilen und die erzeugte elektrische Energie zuzuführen, Dichtungs- und Klemmmittel zum Aufrechterhalten der Luftdichtigkeit und eines ordnungsgemäßen Klemmdrucks von Reaktionsgasen und eines Kühlmittels und eine Bipolarplatte zum Bewegen der Reaktionsgase und des Kühlmittels umfassen. Die Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 kann eingerichtet sein, um wahlweise geöffnet oder geschlossen zu werden, um Brennstoff an den Brennstoffzellenstapel 110 zuzuführen oder Verunreinigungen zu entfernen. Die Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 kann ein Brennstoffzufuhrventil 120, ein Spülventil 130, ein Ablassventil 140 und ein Luftabsperrventil 191 umfassen.
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Insbesondere kann das Brennstoffzufuhrventil 120 ein Wasserstoffzufuhrventil 120a, das in 2 gezeigt ist, oder eine in 3 gezeigte Luftversorgungsvorrichtung 195 sein. Die Luftversorgungsvorrichtung 195 kann eingerichtet sein, um als ein Ventil in der Form zum Zuführen von Außenluft während eines Betreibens zu dienen, und kann in dem Brennstoffzufuhrventil 120 umfasst sein. Die Luftversorgungsvorrichtung 195 kann ebenfalls als ein Luftkompressor ausgeführt sein, obgleich nicht in der Form eines Ventils. Das Brennstoffzufuhrventil 120 kann eingerichtet sein, um wahlweise geöffnet oder geschlossen zu werden, um Brennstoff an den Brennstoffzellenstapel 110 zuzuführen. Bei dem Sauerstoffzufuhrsystem von 3 kann das Brennstoffzufuhrventil 120 durch die Luftversorgungsvorrichtung 195 ersetzt werden. Mit anderen Worten kann, wenn die Luftversorgungsvorrichtung 195 arbeitet, Luft zugeführt werden. Die Luftversorgungsvorrichtung 195 kann auch als ein Luftkompressor ausgeführt sein.
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Wenn eine Brennstoffzellen-Startsequenz beginnt, kann das Brennstoffzufuhrventil 120 der Brennstoffversorgungsvorrichtung 170 (oder des Wasserstoffvorratsbehälters 180) geöffnet werden. Bei einem Wasserstoffzufuhrventil 120a von 2 kann der Versorgungsdruck durch ein Druckminderventil abnehmen, nachdem das Ventil geöffnet ist. Darüber hinaus kann in dem Sauerstoffversorgungssystem von 3, wenn eine Brennstoffzellen-Startsequenz beginnt, Luft durch Betreiben der Luftversorgungsvorrichtung 195 zugeführt werden. Das Spülventil 130 kann eingerichtet sein, um Wasserstoff des Brennstoffzellenstapels 110 zu spülen. Insbesondere kann das Spülventil 130 Wasserstoff an der Brennstoffelektrode des Brennstoffzellenstapels 110 spülen.
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Das Ablassventil 140 kann eingerichtet sein, um Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel 110 abzulassen. Insbesondere kann das Ablassventil 140 eingerichtet sein, um in einem Wasserabscheider 145 gespeichertes Kondensat bei einem bestimmten Niveau zu entleeren/abzulassen, und kann mit einem Magnetventil realisiert sein, das eingerichtet ist, um wahlweise einen Ventildurchgang/Ventilkanal durch ein elektronisches Signal (z. B. ein von einer Steuerung empfangenes Signal) zu öffnen/schließen. Das Spülventil 130 und das Ablassventil 140 können eingerichtet sein, um wahlweise geöffnet oder geschlossen zu werden, um Verunreinigungen in der Anode des Brennstoffzellenstapels 110 zu entfernen. Das durch elektrochemische Reaktionen in der Brennstoffzelle erzeugte Wasser wird innerhalb des Brennstoffzellenstapels 110 erzeugt und erfordert einen gleichmäßigen Austrag von dem Brennstoffzellenstapel 110. Wenn das Wasser nicht in ausreichender Weise oder gleichmäßig von dem Inneren des Brennstoffzellenstapels 110 abgeführt wird, kann ein Überlaufzustand auftreten, der eine Versorgung mit Brennstoff, Wasserstoff, stört, wodurch die Effizienz der Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 110 verschlechtert wird.
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Weiterhin kann bei dem Sauerstoffversorgungssystem von 3 das Luftabsperrventil 191 eingerichtet sein, um als das zu arbeiten, das dem Ablassventil 140 oder dem Spülventil 130 entspricht, die oben beschrieben sind, d. h., es kann eingerichtet sein, um Luft auszutragen. Der Drucksensor 150 kann eingerichtet sein, um einen Zustand des Drucks des an den Brennstoffzellenstapel 110 zugeführten Brennstoffs zu erfassen. Demzufolge kann der Drucksensor 150 in dem Eingang (z. B. Einlass) des Brennstoffzellenstapels 110 in nicht einschränkender Weise angeordnet sein. Der Drucksensor 150 kann auch in dem Auslass des Brennstoffzellenstapels 110 angeordnet sein. Der Drucksensor 150 kann mehrere Sensoren 150a, 150b umfassen, um den mehreren Brennstoffzellenstapeleinheiten der Brennstoffzelle zu entsprechen. Weiterhin kann bei dem Sauerstoffversorgungssystem der Drucksensor 150 zusätzlich zwischen einer Befeuchtungsvorrichtung 193 und der Luftversorgungsvorrichtung 195 angeordnet sein (siehe 150c von 3).
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Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann eingerichtet sein, um eine mittlere/durchschnittliche Differenz zwischen den mehreren Drucksensoren 150a, 150b, 150c zu bestimmen und einen Öffnungsbefehl an das Brennstoffzufuhrventil 120 übertragen, um einen berechneten Solldruck aufrechtzuerhalten. Sobald das Brennstoffzufuhrventil 120 als Reaktion auf den Befehl geöffnet ist, kann Brennstoff in den Fluidweg durch ein mechanisches Teil, wie zum Beispiel ein Ejektor (nicht gezeigt) zirkuliert/in Umlauf gebracht werden. Weiterhin kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um einen Öffnungsbefehl an das Spülventil 130 zu übertragen, um die Konzentration des Brennstoffs (Wasserstoff) beizubehalten, und um einen Öffnungsbefehl an das Ablassventil 140 zu übertragen, um das aus der Energieerzeugung erzeugte Wasser auszutragen.
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Bei dem Sauerstoffversorgungssystem kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um einen Öffnungsbefehl an das Luftabsperrventil 191 zu übertragen, um die Konzentration von Sauerstoff beizubehalten. Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann dann eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Drucksensor 150 oder die Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 fehlerhaft sind, indem eine zunehmende oder abnehmende Zeit (Anstiegs- oder Abnahmezeit) des durch den Drucksensor 150 (z. B. erster, zweiter und dritter Drucksensor 150a, 150b und 150c) erfassten Drucks mit einem Referenzbereich der Zeitverzögerung als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen der Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 verglichen wird.
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Insbesondere kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Druck auf normale Weise zunimmt/ansteigt, indem die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert ansteigt (z. B. erreicht), wenn das Brennstoffzufuhrventil 120 geöffnet wird. In dieser Hinsicht kann das Brennstoffzufuhrventil 120 ein Wasserstoffzufuhrventil 120a von 2, das eingerichtet ist, um den in dem Wasserstoffvorratsbehälter 180 bevorrateten Wasserstoff zuzuführen oder zu blockieren/abzusperren, oder die Luftversorgungsvorrichtung 195 von 3, die zum Zuführen oder Blockieren/Absperren der Luft eingerichtet ist, sein. In Abhängigkeit von den jeweiligen Ventilen kann Wasserstoff aus dem Wasserstoffvorratsbehälter 180 oder Luft von außen zugeführt werden. Wenn die Druckanstiegszeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Drucksensor 150 fehlerhaft ist, oder dass das Brennstoffzufuhrventil 120 nicht geöffnet oder geschlossen worden ist. Ein Referenzbereich der Zeitverzögerung zum Bestimmen eines Fehlers des Drucksensors 150 und ein Referenzbereich der Zeitverzögerung zum Bestimmen eines Fehlers zum Öffnen/Schließen des Brennstoffzufuhrventils 120 können unterschiedlich eingestellt werden.
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Weiterhin kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage oder ob das Spülventil 130, das Ablassventil 140 oder das Luftabsperrventil 191 fehlerhaft ist, auf der Grundlage der Anstiegs- und Abnahmezeit des Drucks des Drucksensors, der als Reaktion auf ein Öffnen des Spülventils 130 und des Ablassventils 140 (z. B. das Luftabsperrventil 191 für das Sauerstoffversorgungssystem) gemessen wird, zu erfassen, und in dieser Hinsicht können die jeweiligen Referenzbereiche der Zeitverzögerung zum Erfassen einer Brennstoffleckage (z. B. ein minimales Leck) oder ob das Spülventil 130, das Ablassventil 140 oder das Luftabsperrventil 191 fehlerhaft ist, unterschiedlich eingestellt werden. Insbesondere kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um einen Zustand des Spülventils 130 und den Ablaufzustand/Ablasszustand zu bestimmen, indem die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert absinkt/abnimmt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Spülventil 130 geöffnet wird.
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Wenn die Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage, oder dass ein Öffnen oder Schließen des Spülventils fehlgeschlagen ist (z. B. wurde das Ventil nicht erfolgreich geöffnet oder geschlossen), zu erfassen. Die Leckage von Brennstoff bezieht sich auf ein minimales Leck von Wasserstoff oder Sauerstoff, das auftritt, wenn es einen Riss in dem Pfad/Weg gibt, den der Brennstoff (Wasserstoff oder Sauerstoff) durchläuft/durchströmt, und der Brennstoff aus dem Riss entweicht. Zusätzlich kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um einen Zustand des Ablassventils 140 und den Ablasszustand zu bestimmen, indem die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert absinkt/abfällt, mit einem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Ablassventil 140 geöffnet wird. Wenn die Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage, oder dass das Öffnen oder Schließen des Ablassventils fehlgeschlagen ist, zu erfassen.
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Darüber hinaus kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um einen Zustand des Spülventils 130, einen Zustand des Ablassventils 140 und die Ablasszustände zu bestimmen, indem die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abfällt/abnimmt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Spülventil 130 und das Ablassventil 140 beide geöffnet werden. Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann ferner eingerichtet sein, um einen Zustand des Luftabsperrventils 191 und den Ablasszustand zu bestimmen, indem die Druckabnahmezeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert abfällt/abnimmt, mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird, wenn das Luftabsperrventil 191 geöffnet wird. Die jeweiligen Referenzbereiche der Zeitverzögerung zum Bestimmen der Fehler des Drucksensors, des Brennstoffzufuhrventils, des Spülventils, des Ablassventils und des Luftabsperrventils können unterschiedlich sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Weiterhin kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Drucksensor 150 oder die Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 einen Fehler oder eine Fehlfunktion aufweisen, und als Reaktion auf ein Bestimmen eines Fehlers oder einer Fehlfunktion des Drucksensors 150 oder der Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 191 kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um eine Anzeige des Fehlers auszugeben oder um die Batterie (nicht gezeigt) zu betreiben, die eine Hilfsenergiequelle darstellt. Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann eingerichtet sein, um Diagnoseergebnisse als Fehleranzeigen auszugeben, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt, um dem Benutzer/Anwender zu helfen, Folgemaßnahmen zu ergreifen. Obwohl nicht gezeigt, kann das Brennstoffzellensystem 100 natürlich eine Anzeige (Display) umfassen, die eingerichtet ist, um die Fehleranzeigen in Worten und/oder in Tönen auszugeben.
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Diese Kriterien der Diagnoseergebnisse können im Voraus für das Ablassventil
140 und auch für das Brennstoffzufuhrventil
120, Spülventil
130 und Luftabsperrventil
191 festgesetzt werden. Tabelle 1
| Klassifizierung | Nummer | Erster Drucksensor | Zweiter Drucksensor | Diagnoseergebnisse |
| schließen → Anstiegszeit | schließen → Abnahmezeit | schließen → Anstiegszeit | schließen → Abnahmezeit |
| Ablassventil geöffnet/geschlossen | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | Kein Fehler |
| 2 | 0 | 0 | 0 | 1 | Verringerung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich eines Lecks in der Nähe des Ausgangs des Brennstoffzellenmoduls 2 (zweite Brennstoffzelleneinheit) |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 0 | Zunahme der Anstiegszeit des zweiten Drucksensors: Fehler beim Schließen des Ablassventils Abnahme der Ansteigszeit des zweiten Drucksensors: X |
| 4 | 0 | 0 | 1 | 1 | Offset-Fehler des zweiten Drucksensors |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | Verringerung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich eines Lecks in der Nähe des Ausgangs des Brennstoffzellenmoduls 1 (erste Brennstoffzelleneinheit) Erhöhung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors: Fehler beim Öffnen des Ablassventils |
| 6 | 0 | 1 | 0 | 1 | Erhöhung der Abnahmezeit des ersten, zweiten Drucksensors beim Öffnen des Ablassventils Verringerung der Abnahmezeit des ersten, zweiten Drucksensors Zweifel hinsichtlich eines Lecks im Fluidweg des Einlasses/Auslasses einer Brennstoffzelle Erhöhung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Verringerung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Innendruckdifferenz zwischen Brennstoffzellenmodulen 1 und 2 überschreitet eine Referenz Verringerung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Erhöhung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Innendruckdifferenz zwischen Brennstoffzellenmodulen 1 und 2 überschreitet eine Referenz |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 0 | Erhöhung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Erhöhung der Ansteigszeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 2; Zweifel hinsichtlich eines Lecks des Brennstoffzellenmoduls 2 Verringerung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Verringerung der Ansteigszeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 2 Erhöhung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Verringerung der Anstiegszeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 2 Verringerung der Abnahmezeit des ersten Drucksensors, Erhöhung der Anstiegszeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und hoher Druck des Brennstoff zellenmoduls 2; Zweifel hinsichtlich eines Lecks des Brennstoffzellenmoduls 1 |
| 8 | 0 | 1 | 1 | 1 | Kombinierte Ergebnisse von Nummer 4 und Nummer 5 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | Erhöhung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich eines Fehlers beim Schließen des Ablassventils oder Zweifel hinsichtlich eines Lecks im Brennstoffzellenmodul Verringerung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors: X |
| 10 | 1 | 0 | 0 | 1 | Erhöhung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors, Erhöhung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 2; Zweifel hinsichtlich eines Lecks des Brennstoffzellenmoduls 1 Verringerung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors, Verringerung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 2 Erhöhung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors, Verringerung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und hoher Druck des Brennstoffzellenmoduls 2; Zweifel hinsichtlich eines Lecks im Brennstoffzellenmodul 2 Verringerung der Anstiegszeit des ersten Drucksensors, Erhöhung der Abnahmezeit des zweiten Drucksensors: Zweifel hinsichtlich einer Druckdifferenz, d. h., niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 1 und niedriger Druck des Brennstoffzellenmoduls 2 |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 0 | Kombination von Nummer 3 und Nummer 9 |
| 12 | 1 | 0 | 1 | 1 | Kombination von Nummer 4 und Nummer 9 |
| 13 | 1 | 1 | 0 | 0 | Offset-Fehler des ersten Drucksensors |
| 14 | 1 | 1 | 0 | 1 | Kombination von Nummer 13 und Nummer 2 |
| 15 | 1 | 1 | 1 | 0 | Kombination von Nummer 13 und Nummer 3 |
| 16 | 1 | 1 | 1 | 1 | Kombination von allen Fällen |
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4 zeigt eine Verzögerung der Anstiegs- und Abnahmezeit des Drucks als Reaktion auf einen Öffnungs-/Schließvorgang eines Ventils in einem Wasserstoffversorgungssystem und 5 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen von Fehlern in einem Drucksensor oder einem Ventil. In 4 wird ein Brennstoffzufuhrventil, das als ein Beispiel genommen wird, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 4 kann, sobald das Wasserstoffzufuhrventil 120a geöffnet ist, die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob der Druck auf normale Weise ansteigt, indem die Zeit, die benötigt wird, bis die Werte des ersten und zweiten Drucksensors 150a und 150b auf einen bestimmten Bereich ansteigen/zunehmen, mit einem Referenzbereich der Zeitverzögerung verglichen wird.
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Zum Beispiel kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass ein Fehler in dem Anstieg des Drucks auftritt, wenn die Druckanstiegszeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, und um eine entsprechende Fehleranzeige auszugeben. Sobald das Spülventil 130 oder das Ablassventil 140 geöffnet wird, kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob das Spülventil 130 oder das Ablassventil 140 einen Fehler aufweist und ob der Abgaszustand normal ist (z. B. ohne Fehler), indem die Zeit, die benötigt wird, bis die Werte des ersten und zweiten Drucksensors 150a und 150b in den Referenzbereich der Zeitverzögerung fallen.
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Unter Bezugnahme auf 5, da der erste und zweite Drucksensor 150a und 150b, die den Brennstoffzellenstapeleinheiten 110a, 110b in der Brennstoffzelle entsprechen, jeweils Korrelationen entsprechend dem jeweiligen Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils 120, des Spülventils 130 und des Ablassventils 140 miteinander aufweisen, kann eine Druckanstiegszeit und Druckabnahmezeit des Drucksensors 150 innerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen der Ventile liegen, wenn sich die Ventile in dem normalen Zustand befinden, aber können außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen der Ventile liegen, wenn sich die Ventile in dem anormalen Zustand befinden. Der Referenzbereich der Zeitverzögerung kann sich auf beliebige Werte beziehen, die durch den Anwender/Benutzer eingestellt werden.
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Mit anderen Worten kann es ein kritisches Verhältnis in einer Zunahme oder Abnahme des Drucks zwischen dem ersten und zweiten Drucksensor 150a und 150b, ein kritisches Verhältnis der Zeitverzögerung in einer Zunahme oder Abnahme des Drucks der jeweiligen Drucksensoren 150a, 150b als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen des Ventils und ein kritisches Verhältnis der Zeitverzögerung in einer Zunahme oder Abnahme des Drucks zwischen der Mehrzahl von Ventilen geben. Insbesondere kann die Brennstoffzellensteuerung 160 eingerichtet sein, um eine Änderung der Anstiegs- oder Abnahmezeit des Drucks als Reaktion auf eine Betätigung des Brennstoffzufuhrventils, Spülventils und Ablassventils zu überwachen und zu bestimmen, dass ein beobachtetes Objekt, das ein von einem Referenzmuster verschiedenes Muster aufweist, fehlerhaft ist.
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Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann auch eingerichtet sein, um zu bestimmen, welcher des ersten und zweiten Drucksensors 150a und 150b eine Fehlfunktion aufweist, sobald das Ventil, das ein Muster der Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit aufweist, das sich von dem Referenzmuster unterscheidet, bestimmt ist. Zum Beispiel, wie in Tabelle 1 gezeigt, werden die Ergebnisse der Diagnose voreingestellt, ob die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit des ersten und zweiten Drucksensors 150a und 150b außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen des Ablassventils 140 liegt. Die Ergebnisse der Diagnose, die in Tabelle 1 gezeigt sind, können voreingestellt werden und ebenso bei dem Spülventil 130 und dem Brennstoffzufuhrventil 120 eine Anwendung finden. Die Brennstoffzellensteuerung 160 kann eingerichtet sein zum Bestimmen eines übereinstimmenden Diagnoseergebnisses auf der Grundlage darauf, ob die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit, die durch Überwachen eines Erfassungsergebnisses des Drucksensors 150 als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen der Mehrzahl von Ventilen 120, 130, 140, 161 bestimmt wird, zu bestimmen.
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6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems darstellt. Unter Bezugnahme auf 6 kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um in S110 die Mehrzahl von Ventilen, 120, 130, 140, 191 des Brennstoffzellenstapels 110 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden. Die Mehrzahl von Ventilen kann das Brennstoffzufuhrventil 120, das Spülventil 130, das Ablassventil 140 und das Luftabsperrventil 191 umfassen.
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Insbesondere kann das Brennstoffzufuhrventil 120 ein Wasserstoffzufuhrventil 120a oder eine Luftversorgungsvorrichtung 195 sein. Das Brennstoffzellensystem 100 kann eingerichtet sein, um eine Anstiegs- oder Abnahmezeit des durch die Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c erfassten Drucks in S120 zu bestimmen. Das Brennstoffzellensystem 100 kann ferner eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, indem die bestimmte Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung in S130 verglichen wird. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, dass die Druckanstiegszeit oder die Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um einen Fehler in der Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c oder der Mehrzahl von Ventilen, 120, 130, 140, 191 in S140 zu erfassen.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann dann eingerichtet sein, um Anzeigen des Fehlers auszugeben oder um die Batterie (nicht gezeigt), die die Hilfsenergiequelle darstellt, in S150 zu betreiben. Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um die Diagnoseergebnisse als Fehleranzeigen, wie in Tabelle 1 gezeigt, auszugeben, um dem Benutzer zu helfen, Folgemaßnahmen zu ergreifen. Weiterhin kann das Brennstoffzellensystem 100 auch eingerichtet sein, um die Batterie (nicht gezeigt), die die Hilfsenergiequelle darstellt, nach Bedarf zu betreiben.
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Wenn das Brennstoffzufuhrventil 120 in S110 geöffnet wird, wenn die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert ansteigt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung in S140 liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass der Drucksensor 150 fehlerhaft ist oder das Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils 120 fehlgeschlagen ist. Wenn das Spülventil 130 in S110 geöffnet wird, wenn die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert fällt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung in S140 liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage, oder dass ein Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils 120 fehlgeschlagen ist, zu erfassen.
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Wenn das Ablassventil 140 in S110 geöffnet wird, wenn die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert fällt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung in S140 liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage oder dass ein Öffnen oder Schließen des Ablassventils 140 fehlgeschlagen ist, zu erfassen. Wenn das Spülventil 130 und das Ablassventil 140 beide in S110 geöffnet werden, wenn die Druckanstiegszeit, die benötigt wird, bis der Wert des Drucksensors auf einen Referenzwert absinkt, außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung in S140 liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass das Spülventil und das Ablassventil fehlerhaft sind und der Ablaufzustand anormal ist.
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7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei eine Fehlerdiagnose beim Öffnen/Schließen eines Brennstoffzufuhrventils als ein Beispiel beschrieben wird. Eine ausführliche Beschreibung, die sich mit dem in Verbindung mit 6 überschneidet, wird hierin weggelassen. Unter Bezugnahme auf 7 kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um das Brennstoffzufuhrventil 120 (z. B. das Wasserstoffzufuhrventil 120a oder die Luftversorgungsvorrichtung 195) des Brennstoffzellenstapels 110 in S210 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann eingerichtet sein, um eine Anstiegs- oder Abnahmezeit des durch die Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c erfassten Drucks in S220 zu bestimmen. Das Brennstoffzellensystem 100 kann ferner eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, indem die bestimmte Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung in S230 verglichen wird. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, dass die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um einen Fehler in der Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c, oder dass ein Öffnen oder Schließen des Brennstoffzufuhrventils 120 fehlgeschlagen ist, in S240 zu erfassen. Das Brennstoffzellensystem 100 kann dann eingerichtet sein, um Anzeigen des Fehlers auszugeben oder um die Batterie (nicht gezeigt), die die Hilfsenergiequelle darstellt, in S250 zu betreiben.
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8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei eine Fehlerdiagnose beim Öffnen/Schließen eines Spülventils und eines Ablassventils als ein Beispiel beschrieben wird. Eine ausführliche Beschreibung, die sich mit dem in Verbindung mit 6 überschneidet, wird hierin weggelassen. Unter Bezugnahme auf 8 kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um das Brennstoffzufuhrventil 120 (das Wasserstoffzufuhrventil 120a) des Brennstoffzellenstapels 110 in S310 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden, und kann dann eingerichtet sein, um das Spülventil 130 in S320 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann eingerichtet sein, um eine Anstiegs- oder Abnahmezeit des durch die Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c erfassten Drucks in Bezug auf das Spülventil 130 zu bestimmen. Das Brennstoffzellensystem 100 kann ferner eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, indem die bestimmte Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit mit dem Referenzbereich der Zeitverzögerung in S340 verglichen wird. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, dass die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage, oder dass ein Öffnen oder Schließen des Spülventils 130 fehlgeschlagen ist, in S350 zu erfassen.
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Das Brennstoffzellensystem 100 kann dann in S360 eingerichtet sein, um Anzeigen des Fehlers auszugeben oder um die Batterie (nicht gezeigt), die die Hilfsenergiequelle darstellt, zu betreiben. Das Brennstoffzellensystem 100 kann ferner eingerichtet sein, um das Brennstoffzufuhrventil 120 des Brennstoffzellenstapels 110 in S310 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden, und um in S370 das Ablassventil 140 zu betätigen, um geöffnet oder geschlossen zu werden. Zusätzlich kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um eine Anstiegs- oder Abnahmezeit des durch die Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c erfassten Drucks in Bezug auf das Ablassventil 140 in S380 zu bestimmen. Der Prozess kann dann Vorgang S340 durchführen. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, dass die Druckanstiegszeit oder Druckabnahmezeit außerhalb des Referenzbereichs der Zeitverzögerung liegt, kann das Brennstoffzellensystem 100 eingerichtet sein, um eine Brennstoffleckage, oder dass ein Öffnen oder Schließen des Ablassventils 140 fehlgeschlagen ist, in S350 zu erfassen. Der Prozess kann dann Vorgang S360 durchführen.
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Obwohl nur das Spülventil und Ablassventil als ein Beispiel in 8 beschrieben wurden, kann es möglich sein, das Brennstoffleck oder einen Fehler im Öffnen oder Schließen des Luftabsperrventils 191 auf der Grundlage einer Anstiegs- oder Abnahmezeit des durch die Mehrzahl von Drucksensoren 150a, 150b, 150c als Reaktion auf ein Öffnen/Schließen des Luftabsperrventils 191 zu erfassen, nachdem Luft als Reaktion auf einen Betrieb der Luftversorgungsvorrichtung 195 zugeführt wurde.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann eine Diagnose von Fehlern sowohl von Ventilen als auch von Drucksensoren durchgeführt werden, da die Diagnose eines Fehlers in der Brennstoffzufuhr auf der Grundlage einer Korrelation der Verzögerung der Anstiegs- oder Abnahmezeit des Drucks eines in dem Eingang einer Brennstoffzellenstapeleinheit angebrachten Drucksensors als Reaktion auf Betätigungen/Operationen eines Brennstoffzufuhrventils, eines Spülventils und eines Ablassventils, die Änderungen des Drucks der Brennstoffzufuhr in dem Brennstoffzellensystem beeinflussen, durchgeführt werden kann. Weiterhin kann es auch möglich sein, eine genauere Fehlerposition bzw. Fehlersituation in dem Ventil oder dem Drucksensor, das/der einen Fehler oder eine Fehlfunktion aufweist, zu bestimmen.
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Es sind mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben worden, aber ein Fachmann wird verstehen und erkennen, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Somit ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die Offenbarung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, die lediglich für veranschaulichende Zwecke vorgesehen worden ist.
