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HINTERGRUND
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffabsperrventils, das durch eine Last/Leistung eines Wasserstoffversorgungsventils und einen Leitungsdruck der Wasserstoffversorgungsleitung, durch welche Brennstoff, insbesondere Wasserstoff in einem mit einem Brennstoffzellensystem ausgerüsteten Brennstoffzellenfahrzeug zugeführt wird, bestimmen kann, ob eine Wasserstoffversorgungsleitung anormal ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffabsperrventils, das eine anormale Situation, in der eine Wasserstoffversorgungsleitung als anormal bestimmt wird, durch Öffnen des Wasserstoffabsperrventils schnell behoben werden kann.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Im Allgemeinen umfasst ein Brennstoffzellensystem einen elektrische Energie erzeugenden Brennstoffzellenstapel, ein Brennstoffzellensystem, das Brennstoff (z.B. Wasserstoff usw.) an den Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Luftversorgungssystem, das Luft (zum Beispiel Sauerstoff), die ein für eine elektrochemische Reaktion in dem Brennstoffzellenstapel erforderliches Oxidationsmittel ist, ein Wärme- und Wasser-Management-System, das eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und dergleichen steuert/regelt.
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Hochdruckverdichtungs-Wasserstoff mit einem Druck von ungefähr 700 bar wird in einem Wasserstofftank, der in dem Brennstoffzellensystem, das heißt einem Wasserstoffversorgungssystem vorgesehen ist, gespeichert, und der in dem Wasserstofftank gespeicherte verdichtete Wasserstoff wird an eine Hochdruckleitung gemäß einem Ein-/Ausschalten einer an einem Einlass des Wasserstofftanks angebrachten Hochdruck-Steuerung abgegeben und danach durch ein Startventil und ein Wasserstoffversorgungsventil entspannt/im Druck verringert wird, um an den Brennstoffzellenstapel zugeführt werden.
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In diesem Fall ist der Brennstoff (Wasserstoff) ein Hochdruckgas und dementsprechend ist ein Lagertank/Vorratsbehälter erforderlich, um das Hochdruckgas je nach Bedarf zu bevorraten und abzugeben. Da eine Speicherdichte des Gases in dem Lagertank gering ist, ist es insbesondere effizient, das Gas unter hohem Druck zu bevorraten. Es kann jedoch einen Nachteil geben, dass das Gas aufgrund von hohem Druck einer Explosionsgefahr ausgesetzt ist. Da ein Einbauraum des Lagertanks in einem Fahrzeug mit alternativem Brennstoffgas begrenzt ist, stellt insbesondere die Gewährleistung der Sicherheit unter gleichzeitiger Beibehaltung des Speicherdrucks auf einem hohen Druck einen Kern der Technologie dar.
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Ein Regler, Ventilkomponenten des Wasserstoffabsperrventils und Wasserstoffversorgungsventils und Leitungen, durch welche der Wasserstoff strömen kann, und verschiedene Punkte zum Montieren der Leitungen kann zwischen dem Lagertank (Tank) und dem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems gebildet sein, und die Luftdichtigkeit des Wasserstoffs, der entlang der Rohre strömt, stellt eine der wichtigsten Leistungen in Bezug auf die Sicherheit des Wasserstoffversorgungssystems und die Sicherheit des gesamten Brennstoffzellensystems dar. Demzufolge kann das Wasserstoffabsperrventil zwischen dem Regler und dem Wasserstoffversorgungventil in einer Wasserstoffversorgungsleitung des Brennstoffzellensystems für die Sicherheit des Hochdruckwasserstoffs eingesetzt werden.
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Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können demzufolge Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung ist im Bestreben gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme im Zusammenhang mit dem Stand der Technik zu lösen.
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Gemäß dem Brennstoffzellensystem im Stand der Technik sind ein Überwachen eines Drucks einer Anode oder ein separates Bestimmungsmittel und ein separates Bestimmungsverfahren erforderlich, um zu bestimmen, ob das Wasserstoffabsperrventil, das an der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet werden kann, anormal geschlossen ist. Die vorliegende Offenbarung stellt jedoch ein Steuerverfahren bereit, das bestimmt, ob ein Wasserstoffabsperrventil anormal geschlossen ist, indem ein Öffnungsgrad eines Wasserstoffversorgungsventils und der resultierende Druck der Wasserstoffversorgungsleitung direkt gemessen werden, um schnell einen anormalen Zustand des Wasserstoffabsperrventils zu bestimmen, und ferner bestimmen kann, ob andere Teile und Komponenten zwischen einem Wasserstoff speichernden Lagertank/Speichertank und dem Wasserstoffversorgungsventil anormal sind. In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffabsperrventils beim Fahren/Antreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereit, das mit einer Wasserstoffversorgungsleitung versehen ist, die einen Wasserstoff speichernden Tank, ein Wasserstoffversorgungsventil und ein Wasserstoffabsperrventil umfasst, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt (a) zum Messen einer auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkenden/angelegten Last; und einen Schritt (b) zum Vergleichen der Last mit einer vorgegebenen/vorbestimmten Last, wobei, wenn die Last gleich oder größer als die vorgegebene Last ist, bestimmt wird, dass die Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffversorgungsventil anormal ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann in Schritt (b) das Wasserstoffabsperrventil geöffnet werden, wenn bestimmt wird, dass die Last gleich oder größer als die vorgegebene Last ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann nach Schritt (b) bestimmt werden, dass die Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffversorgungsventil normal ist, wenn die Last gleich oder kleiner als die vorgegebene Last ist, und der Prozess kann von Schritt (a) neu beginnen.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen: Nach Schritt (b) einen Schritt (c) zum Messen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung und Vergleichen des gemessenen Drucks mit einem vorgegebenen/vorbestimmten Druckwert, wenn die Last gleich oder größer als die vorgegebene Last ist; und einen Schritt (d) zum Öffnen des Wasserstoffabsperrventils, wenn der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung gleich oder höher als der vorgegebene Druckwert ist.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bestimmt werden, dass das Wasserstoffabsperrventil an/in der Wasserstoffversorgungsleitung anormal ist, wenn die Last des Wasserstoffversorgungsventils gleich oder größer als die vorgegebene Last ist und der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung gleich oder höher als der vorgegebene Druckwert ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann nach Schritt (c) bestimmt werden, dass ein Punkt der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffversorgungsventil und zumindest eine Komponente des Reglers an/in der Wasserstoffversorgungsleitung und des Tanks anormal sind, wenn der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung gleich oder kleiner als der vorgegebene Druckwert ist, und eine Warnlampe zum Anzeigen der Anormalität an einen Benutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs kann eingeschaltet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner nach Schritt (d) einen Schritt (e) umfassen, in dem die Warnlampe des Brennstoffzellenfahrzeugs eingeschaltet wird und das Brennstoffzellenfahrzeug in einen EV-Modus übergeht, um ein Betreiben/Antreiben des Brennstoffzellensystems des Brennstoffzellenfahrzeugs abzuschalten, wenn die Anzahl von Vorgängen/Ereignissen, in denen das Wasserstoffabsperrventil geöffnet ist, gemessen wird und die gemessene Anzahl von Vorgängen/Ereignissen gleich oder größer als eine vorgegebene Anzahl von Vorgängen/Ereignissen ist.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Wasserstoffabsperrventil ein Pilotventil sein.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann in Schritt (d) das Wasserstoffversorgungsventil für eine vorgegebene/vorbestimmte Zeit geschlossen werden, bevor das Wasserstoffabsperrventil geöffnet wird, und danach kann das Wasserstoffabsperrventil geöffnet werden.
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Die vorliegende Offenbarung stellt die folgenden Wirkungen durch die Mittel zum Lösen der Probleme bereit.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein anormaler geschlossener Zustand eines Wasserstoffabsperrventils an/in einer Wasserstoffversorgungsleitung sofort erfasst, um das Wasserstoffabsperrventil erneut vor einem Auftreten einer Beschädigung des gesamten Brennstoffzellensystems aufgrund des anormalen geschlossenen Zustands zu öffnen. Als ein Ergebnis kann eine Verschlechterung eines Brennstoffzellenstapels aufgrund einer mangelnden Wasserstoffzufuhr und eines anormalen Stopps und Übergangs in einen EV-Modus des Brennstoffzellensystems während eines Fahrens im Voraus verhindert werden.
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Um das Öffnen des Wasserstoffabsperrventils aufrechtzuerhalten, wird Strom verbraucht, und da es in Hinblick auf eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Brennstoffzellensystems vorteilhaft ist, während eines normalen Betreibens des Brennstoffzellensystems den Verbrauch des Stromes auf einem Minimum zu halten, ist es möglich, einen Effekt zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgerüsteten Fahrzeugs vorherzusagen, indem der zum Öffnen des Wasserstoffabsperrventils verbrauchte Strom in der vorliegenden Offenbarung minimiert wird.
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Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
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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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Die obigen und weiteren Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
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Figurenliste
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Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele derselben ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die im Folgenden nur zur Veranschaulichung angegeben sind und somit keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen. In den Figuren zeigen:
- 1 ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer Verbindungsbeziehung unter Komponenten eines Brennstoffzellensystems darstellt, in dem ein Steuerverfahren der vorliegenden Offenbarung implementiert werden kann;
- 2 ein Diagramm, das einen Öffnungsgrad eines Ventils gemäß einer auf das Ventil einwirkenden Last in einem Wasserstoffversorgungsventil der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 3 ein Flussdiagramm, das einen Logikfluss zum Bestimmen, ob eine Wasserstoffversorgungsleitung anormal ist, und zum erneuten Öffnen eines Wasserstoffabsperrventils als eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 4 ein Flussdiagramm, das einen Logikfluss zum Bestimmen durch eine Last und einen Druck der Wasserstoffversorgungsleitung, ob eine Wasserstoffversorgungsleitung anormal ist, und zum erneuten Öffnen eines Wasserstoffabsperrventils als eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
- 5 ein Flussdiagramm, das einen Logikfluss, in dem ein Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird und in einen EV-Modus übergeht, indem die Anzahl von Vorgängen bestimmt wird, in denen das Wasserstoffabsperrventil geöffnet ist, als noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Es ist zu beachten, dass die oben aufgeführten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Offenbarung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z.B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
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In den Figuren verweisen die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Offenbarung überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachstehend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, um die Erfindung auf jene Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die Ausführungsbeispiele abzudecken, sondern ebenfalls verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der Erfindung, wie dies durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist, umfasst sein können.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in verschiedenen Formen modifiziert werden und es sollte nicht derart ausgelegt werden, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Ausführungsformen sind vorgesehen, um die vorliegende Offenbarung für einen Fachmann vollständiger zu beschreiben.
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Die Begriffe einschließlich „Teil“, „Einheit“, und „Modul“ und dergleichen, die in der Beschreibung offenbart werden, bedeuten eine Einheit, die zumindest eine Funktion oder Operation verarbeitet, und dies kann durch Hardware oder Software oder eine Kombination von Hardware und Software implementiert/realisiert werden.
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Ein an/in einem Fahrzeug angebrachtes Brennstoffzellensystem kann im Allgemeinen eingerichtet sein, um einen elektrische Energie erzeugenden Brennstoffzellenstapel, eine Brennstoffversorgungsvorrichtung, die Brennstoff (Wasserstoff) an den Brennstoffzellenstapel zuführt, eine Luftversorgungsvorrichtung, die Sauerstoff in der Luft, der ein für eine elektrochemische Reaktion erforderliches Oxidationsmittel darstellt, an den Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Kühlsystem, das Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapels nach außen aus dem System abführt und eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels steuert/regelt, und eine Steuerung (Controller), die in der Lage ist, ein Öffnen/Schließen einer Mehrzahl von in dem Brennstoffzellensystem vorgesehenen Ventilen zu steuern, zu umfassen.
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1 zeigt ein Diagramm, das Komponenten und eine Verbindungsbeziehung unter Komponenten eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Wasserstoff enthaltender Hochdrucktank als ein Brennstoffspeicherbehälter in einem Wasserstoffkraftstoffversorgungssystem der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein. Der Wasserstoff kann vorzugsweise als Brennstoff in dem Hochdrucktank enthalten und verwendet werden, und Hochdruck-Wasserstoffgas mit einem Druck von etwa 700 bar kann in dem Hochdrucktank bevorratet werden.
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Gemäß 1 ist die Steuerung (Controller) des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung elektrisch mit dem Wasserstoffversorgungsventil, dem Wasserstoffabsperrventil, einem Spülventil und einem Ablassventil verbunden, um ein Öffnen und/oder Schließen jedes Ventils durch ein Signal und eine Kommunikation zu steuern/regeln. Ferner ist die Steuerung auch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, um Zustandsinformationen des Brennstoffzellenstapels, wie beispielsweise eine Spannung, einen Strom und eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels zu empfangen.
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Ein Regler als eine Komponente, die einem Fachmann auf dem Gebiet des Brennstoffzellensystems klar ist, kann den in dem Hochdrucktank enthaltenen Hochdruckwasserstoff im Druck vermindern und den im Druck verminderten Wasserstoff an ein hinteres Ende des Reglers zuführen. Da ein Ejektor, der Stapel, das Spülventil, ein Wasserabscheider und das Ablassventil ebenfalls Komponenten sind, die einem Fachmann auf dem Gebiet des Brennstoffzellensystems klar sind, und Komponenten sind, die im Allgemeinen verwendet werden, wird außerdem eine ausführliche Beschreibung derselben im Folgenden weggelassen.
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Mit Blick auf 1 ist eine Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Hochdrucktank und dem Brennstoffzellenstapel dargestellt und der Wasserstoff kann von dem Hochdrucktank zu dem Brennstoffzellenstapel entlang der Wasserstoffversorgungsleitung strömen. Der Regler, das Wasserstoffabsperrventil und das Wasserstoffversorgungsventil können an/in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet sein. In einer Layout-Reihenfolge der Komponenten der Wasserstoffversorgungsleitung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können der Regler, dass Wasserstoffabsperrventil und das Wasserstoffversorgungsventil an/in der Wasserstoffversorgungsleitung in einer Reihenfolge angeordnet sein, die einer Reihenfolge entspricht, in der die Komponenten derart angeordnet sind, dass sie sich näher an dem Hochdrucktank befinden. Das heißt, das Wasserstoffabsperrventil kann an einem Punkt der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Regler und dem Wasserstoffversorgungsventil vorgesehen sein.
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Unterdessen kann das Wasserstoffversorgungsventil ein normal-geschlossenes (normally-closed - NC) Ventil sein. Das Wasserstoffversorgungsventil kann die dem Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge zusammen mit einem in dem Hochdrucktank gebildeten In-Tank-Regler oder einem Regler, der an/in einem vom Hochdrucktank ausgehenden Strömungsweg vorgesehen sein kann, steuern/regeln. Das Wasserstoffversorgungsventil kann vorzugsweise durch ein elektromagnetisches Ventil ausgebildet sein, das von einem Elektromagneten angetrieben werden kann. Das Wasserstoffversorgungsventil kann prinzipiell eine (selbsttätige) Regelung durchführen, um die Wasserstoffversorgungsmenge durch Vergleichen des Drucks einer Anode mit dem Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zu regeln. Im Detail empfängt die Steuerung den Druck der Anode, der von einem Drucksensor der Anode gemessen wird, und die Steuerung kann eine auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkende Last erhöhen, wenn der gemessene Druck der Anode kleiner als ein Solldruck der Anode ist.
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2 zeigt ein Diagramm, das einen Öffnungsgrad eines Wasserstoffversorgungsventils gemäß einer auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkenden Last darstellt. Unter Bezugnahme auf 2 ist ersichtlich, dass, wenn die auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkende Last zunimmt, der Öffnungsgrad des Wasserstoffversorgungsventils proportional zu der Last ansteigt. Wenn das Wasserstoffversorgungsventil ein elektromagnetisch angetriebenes Ventil ist, sind die auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkende Last und das Öffnen des Ventils aufgrund eines Hysterese-Phänomens möglicherweise nicht direkt proportional zueinander. Allerdings können beide Seiten eine lineare Beziehung aufweisen. Vorzugsweise kann das Ventil, das von einem Elektromagneten angetrieben werden kann, bei einem Ventilöffnungsgrad von ungefähr 20 bis 40 % geöffnet werden, um eine Abweichung zwischen einer Öffnung-/Schließabweichung für jedes Ventil und einem von dem Regler abgegebenen Druck zu absorbieren. Wenn der Ventilöffnungsgrad ungefähr 70 bis 90 % beträgt, kann das Ventil ferner maximal geöffnet werden. Eine Öffnungsstartlast und eine maximale Öffnungslast können gemäß bestimmten Konstruktionsbedingungen und einer Umgebung variieren, und in der vorliegenden Offenbarung kann eine Last zu der Zeit, wenn das Ventil maximal geöffnet ist, als eine ‚maximale Öffnungslast‘ bezeichnet werden.
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Der Grund dafür, dass eine Last zum Startzeitpunkt eines Öffnens des Ventils nicht 0 % beträgt und die Last, bei der das Ventil maximal geöffnet ist, nicht 100 % beträgt, ist, dass das Ventil durch einen angelegten Druck und die Temperatur einer Spule aufgrund einer proportionalen Steuerventilcharakteristik nicht beeinflusst werden kann. Wenn beispielsweise ein höherer Druck an das Ventil angelegt wird, kann die Ventilöffnung sogar bei einer niedrigeren Last beginnen, und je höher die Temperatur der Spule ist, desto größer ist der Widerstand der Spule, und als ein Ergebnis kann die Last für das maximale Öffnen 100 % erreichen. Die Menge an von dem Wasserstoffversorgungsventil an den Brennstoffzellenstapel zugeführtem Wasserstoff kann durch die Steuerung bestimmt werden, und insbesondere bestimmte Steuerung die Menge des an den Brennstoffzellenstapel zugeführten Wasserstoffs unter Berücksichtigung einer Wasserstoffverbrauchsmenge unter einer Maximalleistungsbedingung des Brennstoffzellensystems, der nach außen durch ein Spülventil abgegebenen Wasserstoffmenge, eines geeigneten Offset-Pegels (Spielraum).
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Zusammenfassend, wenn die Steuerung die Last/Leistung des anders Wasserstoffversorgungsventil angelegten Stromes erhöht, nimmt der Öffnungsgrad des Wasserstoffversorgungsventils zu, wobei die von dem Hochdrucktank an dem Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge ansteigen kann. Im Gegensatz dazu, wenn die Steuerung die Last/Leistung des an das Wasserstoffversorgungsventil angelegten Stromes verringert, nimmt der Öffnungsgrad des Wasserstoffversorgungsventils ab und die von dem Hochdrucktank an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge verringert sich. Das heißt, die an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge kann gemäß dem Öffnungsgrad des Wasserstoffversorgungsventils bestimmt werden, und die Menge der Energie, die durch Betreiben des Brennstoffzellenstapels erzeugt werden kann, kann ebenfalls beeinflusst werden. Ferner kann eine Bedeutung, dass die Last des Wasserstoffversorgungsventils die maximale Öffnungslast ist oder 100 % beträgt, angeben, dass das Wasserstoffversorgungsventil vollständig offen ist und die von der Wasserstoffversorgungsleitung an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge somit der Maximalwert ist.
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Im Allgemeinen ist es nicht üblich, dass die Last des Wasserstoffversorgungsventils die maximale Öffnungslast wird. Eine Bedeutung, dass die Last des Wasserstoffversorgungsventils die maximale Öffnungslast ist, kann einen Zustand angeben, in dem der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung verringert ist. Eine solche Situation kann insbesondere eine Situation sein, in der die Wasserstoffverbrauchsmenge durch Spülen des Wasserstoffs nach außen durch Öffnen des Spülventils extrem groß ist, während eine Ausgangsleistung des Brennstoffzellensystems maximal ist. Ferner kann eine solche Situation eine Situation sein, in der, da der von dem Hochdrucktank zugeführte Wasserstoff anormal ist, der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung nicht ausreichend hoch ist, oder eine Situation, in der, da das Wasserstoffabsperrventil anormal geschlossen ist, der Wasserstoff an ein vorderes Ende des Wasserstoffversorgungsventils nicht normalerweise zugeführt wird. Alle der Fälle sind Fälle, die nicht als ein Zustand betrachtet werden können, in dem das Brennstoffzellensystem normalerweise betrieben wird, und demzufolge kann der Fall, in dem die Last des Wasserstoffversorgungsventils die maximale Öffnungslast wird, als ein Fall verstanden werden, in dem das Brennstoffzellensystem anormal betrieben wird.
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Das Wasserstoffabsperrventil kann zwischen dem Regler und dem Wasserstoffversorgungsventil an/in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet sein, wie dies in 1 dargestellt ist. Das Wasserstoffabsperrventil kann vorgesehen sein, um eine Leckage des Wasserstoffs in dem Hochdrucktank und an/in der sich von dem Hochdrucktank erstreckenden Wasserstoffversorgungsleitung in einem anormalen Fall zu verhindern, wie beispielsweise ein Zwischenfall, eine anormale Situation, eine Situation, bei der ein Unfall auftritt, oder dergleichen eines Fahrzeugs, das mit dem Brennstoffzellensystem versehen ist, oder in dem Fall, in dem das Fahrzeug geparkt ist.
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Es gibt keine Beschränkung bezüglich des Typs des Wasserstoffabsperrventils, aber das Wasserstoffabsperrventil muss eine Struktur bzw. einen Aufbau aufweisen, um den hohen Druck der Wasserstoffversorgungsleitung auszuhalten. Als eine Ausführungsform kann das Wasserstoffabsperrventil durch das normalgeschlossene (normally closed - NC) Ventil ausgebildet sein, oder kann ein elektromagnetisches Ventil, das von dem Elektromagneten angetrieben wird, oder dergleichen sein. Vorzugsweise kann das Wasserstoffabsperrventil ein Pilotventil/Vorsteuerventil sein, das durch einen Zapfen (Pilot) darin angetrieben wird.
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Der Strom muss zum Öffnen des Wasserstoffabsperrventils und zum Beibehalten des geöffneten Zustandes angelegt werden. Insbesondere wird der höchste Strom (Spitzenstrom) zu dem Zeitpunkt verbraucht, wenn das Wasserstoffabsperrventil von dem geschlossenen Zustand geöffnet wird, und danach kann ein Zustand, in dem ein Haltestrom, der niedriger als der Spitzenstrom ist, an das Wasserstoffabsperrventil angelegt wird, beibehalten werden. In diesem Fall wird gemäß einer Fahrsituation/Antriebssituation des Fahrzeugs, zum Beispiel in einer Situation wie einem Überqueren einer Bremsschwelle, einem Zusammenstoß/Aufprall oder einem Fahren im Gelände, eine äußere Kraft auf das Wasserstoffabsperrventil ausgeübt, um das Wasserstoffabsperrventil ungewollt oder manuell zu schließen. Wenn das Wasserstoffabsperrventil abrupt geschlossen wird, kann der an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoff abrupt unterbrochen werden. In einer solchen Situation werden ein nichtlineares Bremsen des Fahrzeugs und ein unangenehmer Fahrkomfort verursacht, und da die Sicherheit beim Fahren des Fahrzeugs in einer Fahrsituation bei hoher Geschwindigkeit gefährdet sein kann, ist es darüber hinaus sehr wichtig, den geöffneten Zustand des Wasserstoffabsperrventils durch Anlegen eines hohen Haltestromes an das Wasserstoffabsperrventil beizubehalten.
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Demzufolge will die vorliegende Offenbarung ein Verfahren vorschlagen, das das Schließen des Wasserstoffabsperrventils schnell erfassen und bestimmen kann, wenn das Wasserstoffabsperrventil aufgrund einer Einwirkung eines Einflusses von außen oder dergleichen geschlossen wird, und um eine Steuerung durchzuführen, um das Wasserstoffabsperrventil sofort mit hoher Dringlichkeit zu öffnen. Nachstehend wird das Verfahren, das bestimmt, ob die Wasserstoffversorgungsleitung gemäß der vorliegenden Offenbarung und das Wasserstoffabsperrventil der Wasserstoffversorgungsleitung anormal sind, und die Wasserstoffversorgungsleitung und das Wasserstoffabsperrventil steuert, unter Bezugnahme auf 3 bis 5 im Detail beschrieben.
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3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffabsperrventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. In der vorliegenden Offenbarung kann das Verfahren einen Schritt (S100) zum Messen einer auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkenden Last beim Fahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das heißt, wenn ein Brennstoffzellenstapel innerhalb eines Brennstoffzellensystems Energie zum Erzeugen von elektrischer Leistung erzeugt, umfassen. Da das Wasserstoffversorgungsventil durch eine Steuerung gesteuert werden kann, kann die Steuerung vorzugsweise die auf das Wasserstoffversorgungsventil einwirkende Last messen und beobachten. Das Verfahren kann einen Schritt (S200) zum Vergleichen der gemessenen Last mit einer vorgegebenen Last umfassen. Die vorgegebene Last kann auf eine Last eingestellt werden, um das Wasserstoffversorgungsventil auf den maximalen oder größeren Wert zu öffnen. Das heißt, die vorgegebene Last kann einen Wert zwischen der Last zum Öffnen des Wasserstoffversorgungsventils bis zum Maximum und 100 % aufweisen.
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Ein gemessener Lastwert des Wasserstoffversorgungsventils, der gleich oder größer als die vorgegebene Last ist, kann einen Zustand, in dem das Wasserstoffversorgungsventil maximal geöffnet ist, oder einen Zustand, in dem das Wasserstoffversorgungsventil nahezu maximal geöffnet ist, angeben. Das heißt, der Zustand bedeutet einen Zustand, in dem maximaler Wasserstoff, der an/in der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen einem hinteren Ende des Wasserstoffabsperrventils und dem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden kann, an den Brennstoffzellenstapel zugeführt wird.
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Der Fall, in dem die Last des Wasserstoffversorgungsventils wie oben beschrieben die maximale Öffnungslast wird, ist jedoch nicht gewöhnlich, und ferner kann der Fall eine Situation sein, die nicht häufig auftritt. Eine solche Situation kann insbesondere eine Situation sein, in der das Wasserstoffabsperrventil anormal geschlossen ist, eine Komponente des Reglers anormal ist, eine Leckage an einem Punkt der Wasserstoffversorgungsleitung auftritt oder andere Komponenten der Wasserstoffversorgungsleitung anormal sind. Jedoch kann in dem mit dem Brennstoffzellensystem versehenen Fahrzeug, da die Häufigkeit eines Auftretens der anormalen Situation mit Ausnahme des Falls, in dem das Wasserstoffabsperrventil anormal geschlossen ist, auffallend gering ist, ein normales Rückgewinnungsverfahren, das das Wasserstoffabsperrventil vorzugsweise öffnet, in der vorliegenden Offenbarung angewendet werden. Das heißt, in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird bestimmt, dass das Wasserstoffversorgungsventil maximal geöffnet ist, weil das Wasserstoffabsperrventil anormal geschlossen ist, um das Wasserstoffabsperrventil unverzüglich zu öffnen. Die Steuerung kann den Lastwert des Wasserstoffversorgungsventils nach Öffnen des Wasserstoffabsperrventils wiederholt und periodisch messen.
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Wenn der gemessene Lastwert des Wasserstoffversorgungsventils gleich oder kleiner als der vorgegebene Lastwert ist, gibt es keinen Grund, zu bestimmen, dass die Wasserstoffversorgungsleitung und das Wasserstoffabsperrventil anormal sind, und die Steuerung kann den Lastwert des Wasserstoffversorgungsventils wiederholt und periodisch messen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen, ob eine Wasserstoffversorgungsleitung und ein Wasserstoffabsperrventil anormal sind, und zum Steuern des Wasserstoffabsperrventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 4 wird die Last des Wasserstoffversorgungsventils gemessen, um zu bestimmen, ob die Last der vorgegebene Lastwert oder größer oder die maximale Öffnungslast ähnlich wie in 3 ist. Die Ausführungsform von 4 unterscheidet sich von 3 dadurch, dass das Verfahren ferner einen Schritt zum Messen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung umfasst, wenn die Last der vorgegebene Wert oder mehr in der Ausführungsform von 4 ist. Gemäß der Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt (S300) zum Messen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung an einem Punkt zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil an/in der Wasserstoffversorgungsleitung umfassen.
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Das Verfahren kann einen Schritt (S400) zum Vergleichen umfassen, ob der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil größer oder kleiner als ein vorgegebener Druckwert ist. Der vorgegebene Druckwert kann einen Wert bedeuten, der unter Berücksichtigung eines Offsets in einem Durchschnitts-und Normaldruckbereich eingestellt wird, der an jedem Punkt der Wasserstoffversorgungsleitung gezeigt ist, wenn die Wasserstoffversorgungsleitung, in der das Wasserstoffversorgungsventil, dass Wasserstoffabsperrventil und der Brennstoffzellenstapel von dem Tank durch den Regler verbunden sind, normal betrieben wird. Wenn das Wasserstoffabsperrventil anormal und somit geschlossen ist, kann der Wasserstoff nicht zu dem hinteren Ende des Wasserstoffabsperrventils strömen, obwohl das Wasserstoffversorgungsventil maximal geöffnet ist.
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In der Ausführungsform von 4 ist der Grund zum Messen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil und zum Vergleichen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung mit dem vorgegebenen Druck, dass der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil nicht hoch sein kann, unabhängig von einem Öffnen des Wasserstoffversorgungsventils unter Berücksichtigung einer Anordnungsreihenfolge des Tanks, des Wasserstoffversorgungsventils und des Wasserstoffabsperrventils (siehe 1). Demzufolge ist es klar, dass ein solcher Fall ein Phänomen ist, das auftritt, wenn das Wasserstoffabsperrventil geschlossen wird, wenn der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung, der zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil gemessen wird, gleich oder höher als der vorgegebene Druck ist, und als ein Ergebnis kann das Verfahren einen Schritt (S500) zum Öffnen des Wasserstoffabsperrventils in der Steuerung umfassen. Demzufolge kann eine anormale Situation in Abhängigkeit von einem anormalen Schließen des Wasserstoffabsperrventils behoben werden. Ferner kann ähnlich wie in 3 die Steuerung den Lastwert der Wasserstoffversorgungsleitung wiederholt und periodisch messen.
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In dem Fall jedoch, in dem der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil gleich oder kleiner als der vorgegebene Druck in dem Zustand ist, in dem die Last des Wasserstoffversorgungsventils die maximale Öffnungslast ist, kann der Fall den Zustand bedeuten, in dem das Wasserstoffabsperrventil geöffnet ist. Folglich kann bestimmt werden, dass sich die Komponente (z.B. der Regler) außer dem Wasserstoffabsperrventil in einem Fehlerzustand befindet, beispielsweise der Fall, in dem der Wasserstoff an einem Punkt der Wasserstoffversorgungsleitung oder dergleichen austritt. Demzufolge kann eine Warnlampe zum Auslösen einer schnellen Folgereaktion eines Benutzers und Benachrichtigen des Benutzers, dass ein Risikofaktor in der Stabilität des Brennstoffzellenfahrzeugs vorhanden ist, eingeschaltet werden.
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5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Wasserstoffabsperrventils gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, und der Prozess von 5 kann der gleiche wie der in 4 dargestellte Prozess bis zu dem Schritt zum Messen der Last des Wasserstoffversorgungsventils und Vergleichen der gemäßen Last mit der vorgegebenen Last und Messen des Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil und Vergleichen des gemessenen Drucks der Wasserstoffversorgungsleitung mit dem vorgegebenen Druck sein.
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Gemäß der Ausführungsform von 5 kann das Verfahren jedoch einen Schritt (S410) zum Messen, Aufzeichnen und Speichern der Anzahl von Akkumulationszeiten zum Öffnen des Wasserstoffabsperrventils in der Steuerung umfassen. Als ein Ergebnis kann das Verfahren einen Schritt (S420) zum Bestimmen umfassen, ob die Anzahl von Öffnungszeiten gleich oder größer als eine vorgegebene Anzahl von Öffnungszeiten ist. Darüber hinaus kann das Verfahren ferner einen Schritt (S430) zum Stoppen und Abschalten des Brennstoffzellensystems und zum Wechseln des Brennstoffzellenfahrzeugs in einen EV-Modus umfassen. Der elektronische Fahrzeug-(EV) Modus in der vorliegenden Offenbarung kann einen Zustand bedeuten, in dem das Fahrzeug angetrieben/gefahren wird, indem ein Motor nur mit einer Restmenge einer geladenen Batterie angetrieben wird, ohne den Brennstoff zu verbrauchen.
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Ein Fall, in dem das Wasserstoffversorgungsventil den Zustand mit maximaler Öffnungslast beibehält und der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil trotz Übergeben eines Öffnungsbefehl des Wasserstoffabsperrventils bei einer vorgegebenen Anzahl von Öffnungszeiten oder mehr nicht verringert wird, kann bedeuten, dass das Wasserstoffabsperrventil noch den geschlossenen Zustand beibehält. Demzufolge kann der Fall eine Situation sein, in der ein Kommunikationssystem zwischen der Steuerung und dem Wasserstoffabsperrventil anormal ist oder physikalische und strukturelle Probleme des Wasserstoffabsperrventils auftreten. Demzufolge kann eine Warnlampe zum Auslösen einer schnellen Folgereaktion eines Benutzers und Benachrichtigen des Benutzers, dass ein Risikofaktor in der Stabilität des Brennstoffzellenfahrzeugs vorhanden ist, eingeschaltet werden.
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Zusammenfassend ist ein Kerngedanke der vorliegenden Offenbarung dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsgrad des Wasserstoffversorgungsventils durch die Last bestimmt wird, und der Fall, in dem das Wasserstoffversorgungsventil maximal geöffnet ist, wird als ein anormaler Zustand bestimmt, und insbesondere in dem Fall, in dem der Druck der Wasserstoffversorgungsleitung zwischen dem Tank und dem Wasserstoffabsperrventil gleich oder höher als der vorgegebene Druck ist, wird der Fall als der anormale Zustand in Abhängigkeit von einem anormalen Schließen des Wasserstoffabsperrventils bestimmt, und als ein Ergebnis öffnet die Steuerung das Wasserstoffabsperrventil. Demzufolge ist in der vorliegenden Offenbarung der Zustand, in dem das Wasserstoffversorgungsventil maximal geöffnet ist, nicht üblich/gewöhnlich, und in den meisten Fällen sollte beachtet werden, dass ein Fokus auf die Tatsache gerichtet wird, dass der maximal geöffnete Zustand des Wasserstoffversorgungsventils der anormale Zustand ist, der verursacht wird, wenn das Wasserstoffabsperrventil aufgrund äußerer Faktoren geschlossen wird.
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Es wurden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erläutert und beschrieben, aber ein Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Arten ohne Abweichen von der Lehre der vorliegenden Offenbarung, die in den Ansprüchen beschrieben wird, durch das Hinzufügen, Ändern, Löschen oder Hinzufügen von Bestandteilen modifiziert und geändert werden kann, und dass die Modifikationen und Änderungen in den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung umfasst sind.
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Beim beschreiben der Ausführung vom der vorliegenden Offenbarung wird eine ausführliche Beschreibung von bekannten Funktionen oder Einrichtungen weggelassen, wenn Sie den Kern der vorliegenden Offenbarung unklar werden lassen. Darüber hinaus können die verwendeten Begriffe, wie Begriffe, die unter Berücksichtigung von Funktionen in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung definiert sind, in Abhängigkeit von der Absicht und üblichen Praxis eines Benutzers oder eines Operators variieren. Demzufolge müssen die Begriffe basierend auf den Inhalten in dieser Beschreibung definiert werden. Demzufolge beabsichtigt die ausführliche Beschreibung der Erfindung nicht, die vorliegende Erfindung auf die offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, und sie sollte derart ausgelegt werden, dass die beigefügten Ansprüche ebenfalls weitere Ausführungsformen umfassen.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Ausführungsformen derselben ausführlich beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Grundsätzen und der Lehre der Erfindung abzuweichen, wobei der Umfang derselben in den beigefügten Ansprüchen und ihren äquivalenten festgelegt ist.
