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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoffzelle und ein Fahrzeugsystem.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Brennstoffzelle ist eine Art von Generator, der chemische Energie eines Brennstoffs in elektrische Energie über eine elektrochemische Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel (nachstehend „ein Stapel“) umwandelt und die chemische Energie in Wärme nicht über eine Verbrennung umwandelt.
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Um das erforderliche Potenzial in einem Fahrzeug zu erhalten ist die Brennstoffzelle in einem Stapelaufbau implementiert, bei dem Einheitszellen in einer Anzahl aufgestapelt sind, die benötigt wird, um das erforderliche Potenzial aufzuweisen. In einem derartigen Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle werden die Stapeleigenschaften, ein Betriebszustand und ein Ausfallzustand durch Verwendung von Spannungen der Einheitszellen erfasst.
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In Übereinstimmung mit einem Messverfahren für Zellenspannungen wird nur eine Stapelspannung gemessen, um die Veränderung der Stapelspannung in Übereinstimmung mit der Veränderung eines Stroms im Hinblick auf eine Frequenz und einen Abfall einer Zellenspannung des Stapels zu analysieren, um dadurch den Brennstoffzellenstapel zu diagnostizieren.
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Wenn der Stapel diagnostiziert wird, ist eine Last mit dem Stapel verbunden. Während der Stapel betrieben wird, wird ein Frequenzantwort-Diagnosestrom mit der sinusförmigen Wellenform (Bsin(ωt)) zusätzlich an den Stapel angelegt, um den Stapel zu diagnostizieren. In diesem Fall wird der Strom des Stapels die Summe aus einem Basisbetriebsstrom und einem sinusförmige Strom. Da die Vorgehensweise, zusätzlich einen Diagnosestrom an den Stapel anzulegen, nur eine kleine Wechselstromveränderung als ein Eingang verwendet, wird jedoch ein niedrigeres Zersetzungsverhalten dargestellt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der voranstehend erwähnten Probleme, die in dem Stand der Technik auftreten, durchgeführt, während Vorteile, die von dem Stand der Technik erzielt werden, intakt beibehalten werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose einer Brennstoffzelle und eines Fahrzeugsystems bereit, die in der Lage sind einen abnormalen Zustand eines Brennstoffzellenstapels dadurch zu erfassen, dass eine Ausgangsspannung mit einer Referenzsignalwellenform, die auf einer Stapelspannung und einem Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels basiert, verwendet wird, sogar wenn ein zusätzliches Wechselstrom(AC)-Signal nicht an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird, und die in der Lage sind den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels mit einer höheren Genauigkeit sogar dann zu erfassen, wenn die Einheit der Erfassungseinheit des Brennstoffzellenstapels erhöht wird.
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Die technischen Probleme, die von dem vorliegenden erfinderischen Konzept gelöst werden sollen, sind nicht auf die voranstehend erwähnten Probleme beschränkt und irgendwelche anderen technischen Probleme, die nicht hier erwähnt sind, lassen sich einfach aus der folgenden Beschreibung von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, ersehen.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Brennstoffzelle eine Messeinrichtung, die eine Stapelspannung und eines Stapelstrom von einem Brennstoffzellenstapel misst, und wenigstens einen Prozessor, der eine Vielzahl von Referenzstrompunkten und eine Vielzahl von Referenzspannungspunkten entsprechend zu den Referenzstrompunkten durch Analysieren der gemessenen Stapelspannung und des gemessenen Stapelstroms extrahiert, einen Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage einer Referenzsignalwellenform, die durch Verwendung von Spannungsdifferenzen zwischen den Referenzspannungspunkte gebildet wird, berechnet und einen abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage des berechneten Abnormalitätsgrads des Brennstoffzellenstapels bestimmt.
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Der wenigstens eine Prozessor extrahiert wenigstens drei Referenzstrompunkte durch Analysieren eines Histogramms des Stapelstroms.
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Der wenigstens eine Prozessor extrahiert zwei Strompunkte, die ein Stromwertdifferenz von wenigstens einem Referenzwert dazwischen, unter Strompunkten mit einer Auftrittsfrequenz von gleich oder größer als eine Referenzanzahl, in Übereinstimmung mit einem Histogramm-Analyseergebnis des Stapelstroms bildet, und extrahiert als Referenzstrompunkte ein oder mehrere Strompunkte mit einem zwischenliegenden Stromwerte zwischen Werten der extrahierten zwei Strompunkte.
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Der wenigstens eine Prozessor berechnet wenigstens drei Referenzspannungspunkte entsprechend zu den wenigstens drei Referenzstrompunkten, die extrahiert werden, durch Analysieren der Stapelspannung und des Stapelstroms.
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Die Referenzsignalwellenform ist eine sinusförmige Wellenform mit Amplituden, die durch Verwendung von Spannungsdifferenzen unter den wenigstens drei Referenzspannungspunkten gebildet werden.
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Der wenigstens eine Prozessor berechnet den Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage eines Verhältnisses einer Summe von harmonischen Amplituden, die auf Grundlage der Referenzsignalwellenform in einem Ausgangssignal enthalten sind, zu einer Amplitude eines Eingangssignals.
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Der wenigstens eine Prozessor bestimmt, dass der Brennstoffzellenstapel in einem abnormalen Zustand ist, wenn der Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels gleich zu oder größer als ein eingestelltes Verhältnis ist.
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Der wenigstens eine Prozessor bestimmt, dass der Brennstoffzellenstapel in einem abnormalen Zustand ist, wenn der Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels um wenigstens ein eingestelltes Verhältnis von einem Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels in einem normalen Zustand erhöht ist.
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Der wenigstens eine Prozessor filtert die Stapelspannung und des Stapelstrom, die gemessen werden, auf Grundlage eines Referenzwerts.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Brennstoffzelle Schritte zum Messen einer Stapelspannung und eines Stapelstrom von einem Brennstoffzellenstapel, zum Extrahieren einer Vielzahl von Referenzstrompunkten und einer Vielzahl von Referenzspannungspunkten entsprechend zu den Referenzstrompunkten durch Analysieren der gemessenen Stapelspannung und des gemessenen Stapelstrom, zum Bilden einer Referenzsignalwellenform durch Verwendung von Spannungsdifferenzen unter den Referenzspannungspunkten, zum Berechnen eines Abnormalitätsgrads des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage der Referenzsignalwellenform, und zum Bestimmen eines abnormalen Zustands des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage des Abnormalitätsgrads des Brennstoffzellenstapels.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Fahrzeugsystem einen Brennstoffzellenstapel und eine Diagnoseeinrichtung, die von wenigstens einem Prozessor implementiert wird, der eine Vielzahl von Referenzstrompunkten und eine Vielzahl von Referenzspannungspunkten entsprechend zu den Referenzstrompunkten durch Analysieren einer Stapelspannung und eines Stapelstrom, die von dem Brennstoffzellenstapel gemessen werden, extrahiert, einen Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage einer Referenzsignalwellenform berechnet, die durch Verwendung von Spannungsdifferenzen zwischen den Referenzspannungspunkte gebildet wird, und einen abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels auf Grundlage des Abnormalitätsgrads des Brennstoffzellenstapels bestimmt, und das Fahrzeugsystem umfasst ferner eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, die in kommunizierender Weise über den wenigstens einen Prozessor, der den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels ausgibt, verbunden ist.
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Figurenliste
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich näher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm, dass ein Fahrzeugsystem darstellt, das eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet;
- 2 ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration der Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- FIG. 3A bis 7B grafische Darstellungen, die verwendet werden, um die Betriebsvorgänge der Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darzustellen;
- 8 ein Flussdiagramm, welches die Betriebsvorgänge in einem Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
- 9 ein Blockschaltbild, welches ein Computersystem darstellt, um das Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen überall verwendet, um die gleichen oder äquivalente Elemente zu bezeichnen. Zusätzlich kann in der folgenden Beschreibung eine ausführliche Beschreibung von altbekannten Merkmalen oder altbekannten Funktionen nicht bereitgestellt werden, um nicht unnötig den Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung zu verdecken.
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In der folgenden Beschreibung von Elementen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die Ausdrücke „erster“, „zweiter“, „A“, „B“, „(a)“ und „(b)“ verwendet werden. Die Ausdrücke werden nur verwendet, um relevante Elemente von anderen Elementen zu unterscheiden, und die Charakteristik, die Reihenfolge oder die Sequenz von den relevanten Elementen ist nicht auf die Ausdrücke beschränkt. Außer wenn dies ansonsten definiert wird, weisen zusätzlich sämtliche hier verwendeten Begriffe, einschließlich von technischen oder wissenschaftlichen Begriffen, die gleichen Bedeutungen auf so wie diese allgemein von einem Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, verstanden werden. Derartige Begriffe und Ausdrücke, wie diejenigen, die in einem allgemein verwendeten Wörterbuch definiert sind, sollen so interpretiert werden, dass sie die gleichen Bedeutungen wie die Bedeutungen im Kontext in dem relevanten technischen Gebiet aufweisen, und sollen nicht interpretiert werden, als ob sie ideale oder übermäßig formale Bedeutungen aufweisen, außer wenn dies deutlich so definiert ist, dass sie derartige in der vorliegenden Anmeldung aufweisen.
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1 ist ein Blockschaltbild eines Fahrzeugsystems, das eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Bezugnehmend auf 1 kann das Fahrzeugsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung einen Brennstoffzellenstapel 10, eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 50 und eine Vorrichtung 100 zur Diagnose einer Brennstoffzelle (Diagnoseeinrichtung 100) umfassen.
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Der Brennstoffzellenstapel 10 stellt Energie zum Betreiben eines Fahrzeugs bereit. In diesem Fall kann der Brennstoffzellenstapel 10 konfiguriert werden, indem eine Vielzahl von Einheitszellen wiederholt aufgestapelt werden.
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Die Diagnoseeinrichtung 100 kann eine Stapelspannung und einen Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 10 messen und eine Referenzsignalwellenform auf Grundlage der Stapelspannung und des Stapelstroms, die gemessen werden, bilden. In diesem Fall kann die Diagnoseeinrichtung 100 den Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels 10 durch Verwendung von Information über harmonische Komponenten, die in einer Ausgangsspannung der Referenzsignalwellenform enthalten sind, berechnen und den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage des berechneten Abnormalitätsgrads diagnostizieren.
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In diesem Fall kann die Diagnoseeinrichtung 100 innerhalb des Fahrzeugs implementiert werden. In diesem Fall kann die Diagnoseeinrichtung 100 integral mit internen Steuereinheiten des Fahrzeugs implementiert werden. Alternativ kann die Diagnoseeinrichtung 100 getrennt von den internen Steuereinheiten des Fahrzeugs implementiert werden und kann mit den internen Steuereinheiten des Fahrzeugs über eine zusätzliche Verbindungseinheit verbunden sein.
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Die Einzelheiten der Diagnoseeinrichtung 100 werden nachstehend unter Bezugnahme auf eine in 2 dargestellte Ausführungsformen beschrieben.
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Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 50 kann eine Eingabeeinheit zum Empfangen eines Steuerbefehls von einem Benutzer und eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben eines Diagnoseergebnisses der Diagnoseeinrichtung 100 umfassen.
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In diesem Fall kann die Eingabeeinheit eine Taste umfassen und kann eine Maus, einen Joystick, einen Jog-Shuttle, einen Stylus-Pen oder dergleichen umfassen. Zusätzlich kann die Eingabeeinheit eine Softtaste (Softkey), die auf eine Anzeige implementiert ist, umfassen.
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Die Ausgabeeinheit kann eine Anzeige umfassen und kann eine Sprachausgabeeinheit, wie beispielsweise einen Lautsprecher, umfassen. Für den Fall, dass ein Touchsensor-Produkt, wie beispielsweise ein Touchfilm, eine Touchschicht, ein Touchpad oder dergleichen in der Anzeige enthalten ist, kann die Anzeige als ein Touchscreen arbeiten und die Eingabeeinheit und die Ausgabeeinheit können in der integralen Form implementiert sein.
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In diesem Fall kann die Anzeige wenigstens eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Dünnfilmtransistor-Flüssigkristallanzeige (TFT LCD), eine organische Leuchtdiode (OLED), eine flexible Anzeige, eine Feldemissionsanzeige (FED) und eine dreidimensionale Anzeige (3D Anzeige) umfassen.
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2 ist ein Blockschaltbild, welches die Konfiguration der Vorrichtung Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt
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Bezugnehmend auf 2 kann die Diagnoseeinrichtung 100 eine Messeinrichtung 110 und wenigstens einen Prozessor, der verschiedene Funktionen eines Filtermoduls 120, eines Berechnungsmodus 130, eines Bestimmungsmoduls 140 ausführt, umfassen. Die Module 120, 130 und 140, die nachstehend beschrieben werden, sind mit Softwarebefehlen implementiert, die auf dem wenigstens einem Prozessor ausgeführt werden.
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Die Messeinrichtung 110 misst die Stapelspannung und den Stapelstrom der Brennstoffzelle 10.
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Das Filtermodul 120 filtert eine Stapelspannung und einen Stapelstrom größer als ein Referenzwert durch Verwendung eines Bandpassfilters. Zum Beispiel kann das Filtermodul 120 die Stapelspannung und den Stapelstrom durch Verwendung eines Bandpassfilters in dem Bereich von 5-15 Hz filtern.
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Eine Ausführungsform der Filterung der Stapelspannung und des Stapelstroms werden später unter Bezugnahme auf FIG. 3A bis 4B beschrieben.
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FIG. 3A und 4A sind grafische Darstellungen, die die Stapelspannung und den Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels 10 darstellen, die durch die Messeinrichtung 110 gemessen werden. In diesem Fall verwendet das Filtermodul 120 das Bandpassfilter, um die Stapelspannung der 3A auf die Stapelspannung der 3B zu filtern. Zusätzlich verwendet das Filtermodul 120 das Bandpassfilter, um den Stapelstrom der 4A in den Stapelstrom der 4B zu filtern.
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Das Berechnungsmodul 31 analysiert die Stapelspannung und den Stapelstrom, die durch das Filtermodul 21 gefiltert werden, und extrahiert eine Vielzahl von Referenzstrompunkten und einer Vielzahl von Referenzspannungspunkten entsprechend zu den Referenzstrompunkten.
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In diesem Fall kann das Berechnungsmodul 130 wenigstens drei Referenzstrompunkte durch Analysieren eines Histogramms des Stapelstroms extrahieren.
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Das Berechnungsmodul 130 extrahiert zwei Strompunkte, die eine Stromwertdifferenz von wenigstens einem Referenzwert unter Strompunkten mit einer Auftrittsfrequenz von gleich oder größer als eine Referenzanzahl bildet, in Übereinstimmung mit einem Histogramm-Analyseergebnis des Stapelstroms. Dann extrahiert das Berechnungsmodul 130 ein oder mehrere Strompunkte, die einen zwischenliegenden Stromwert zwischen den zwei Strompunkten aufweisen. In diesem Fall bestimmt das Berechnungsmodul 130 die extrahierten Strompunkte als Referenzstrompunkte.
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Das Histogramm des Stapelstroms kann dargestellt werden wie in 5A illustriert. Bezugnehmend auf 5A wird die Frequenz des Stromauftritts ausgeprägter bei 50 A und 100 A dargestellt.
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Das Berechnungsmodul 130 extrahiert zwei Strompunkte (zum Beispiel Strompunkte bei 50 und 100 A), die eine Stromwertdifferenz von wenigstens einem Referenzwert (zum Beispiel 50 A) unter Strompunkten mit der Auftrittsfrequenz von gleich oder größer als einer Referenzanzahl (zum Beispiel 50) bildet, gemäß dem Histogramm-Analyseergebnis des Stapelstroms, das in 5A dargestellt ist. Dann extrahiert das Berechnungsmodul 130 Strompunkte, die einen mittleren oder zwischenliegenden Stromwert (zum Beispiel 75 A) zwischen zwei Strompunkten aufweisen. Das Berechnungsmodul 130 kann Strompunkte von 50 A, 75 A und 100 A als Referenzstrompunkte bestimmen.
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In diesem Fall kann das Berechnungsmodul 130 die Stapelspannung und den Stapelstrom analysieren, um wenigstens drei Referenzspannungspunkte entsprechend zu wenigstens drei Referenzstrompunkten, die extrahiert werden, zu berechnen.
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Obwohl beschrieben worden ist, dass wenigstens drei Referenzstrompunkte und wenigstens drei Referenzspannungspunkte extrahiert werden, werden drei Referenzstrompunkte und drei Referenzspannungspunkte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung für die Illustrationszwecke beschrieben.
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Die grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Stapelstrom und der Stapelspannung darstellt, ist in 5B dargestellt.
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Dementsprechend kann das Berechnungsmodul 130 drei Stapelspannungswerte entsprechend zu den Strompunkten 50 A, 75 A und 100 A über die grafische Darstellung, die den Zusammenhang wie in 5B dargestellt darstellt, berechnen und die drei Stapelspannungswerte als die Referenzspannungspunkte verwenden.
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In diesen diesem Fall können die drei Stapelspannungswerte ein Durchschnittswert, der häufigste Wert, oder ein zwischenliegender Wert der Spannungswerte entsprechend zu den Stromwerten sein.
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Das Brechungsmodul 130 kann die Referenzsignalwellenform durch Verwendung der Spannungsdifferenzen zwischen den Referenzspannungspunkten bilden. In diesem Fall kann das Berechnungsmodul 130 als die Referenzsignalwellenform eine sinusförmige Wellenform bilden, die Amplituden aufweist, die durch Verwendung von Spannungsdifferenzen unter den wenigstens drei Referenzspannungspunkten gebildet wird.
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Die Ausführungsformen der Referenzsignalwellenform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Bezugnehmend auf 6 kann das Berechnungsmodul 130 unter der Annahme, dass drei Referenzpunkte A, B und C werden, eine sinusförmige Welle 611 mit einer Amplitude, die die Spannungsdifferenzen zwischen den Referenzspannungspunkten B und A an der Periode zwischen 0 und 1/2 darstellt, und mit einer Amplitude, die Spannungsdifferenz zwischen den Referenzspannungspunkten C und B zu der Periode zwischen 1/2 und 1 darstellt, bilden. In diesem Fall kann die Frequenz der Referenzsignalwellenform beliebig gebildet sein.
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Das Berechnungsmodul 130 kann den Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels 10 durch Verwendung der Referenzsignalwellenform berechnen. In diesem Fall berechnet das Berechnungsmodul 130 den Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage eines Verhältnisses einer Summe von harmonischen Amplituden, die auf Grundlage der Referenzsignalwellenform in dem Ausgangssignal enthalten sind, zu einer Amplitude eines Eingangssignals.
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Der Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels
10 kann wie mit der Gleichung 1 dargestellt berechnet werden.
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Das Bestimmungsmodul 140 kann den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage des Abnormalitätsgrads (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10, der von dem Berechnungsmodul 130 berechnet wird, bestimmen.
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Des Bestimmungsmodul 140 kann zum Beispiel bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in dem abnormalen Zustand ist, wenn der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 ein eingestelltes Verhältnis übersteigt. Die Ausführungsform davon wird nachstehend unter Bezugnahme auf FIG. 7A und 7B beschrieben.
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Bezugnehmend auf 7A ist ein Bezugszeichen 711 eine Eingangssignalkomponente und ein Bezugszeichen 715 ist eine harmonische Komponente. Der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10, der durch Verwendung der Eingangssignalkomponente 711 und der harmonischen Komponente 715 der 7A berechnet wird, beträgt 6,98 %. Zum Beispiel kann das Bestimmungsmodul 140 auf Grundlage der Annahme, dass das eingestellte Verhältnis 10 % ist, bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in einem normalen Zustand ist, aus 7.
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Bezugnehmend auf 7B ist ein Bezugszeichen 721 eine Eingangssignalkomponente und Bezugszeichen 723 und 725 sind harmonische Komponenten. Der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 wird 20,76 %, wenn er durch Verwendung der Eingangssignalkomponente 721 und der harmonischen Komponenten 723 und 725 berechnet wird. Unter der Annahme, dass beispielsweise das eingestellte Verhältnis 10 % ist, kann das Bestimmungsmodul 140 bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in einem abnormalen Zustand ist, aus 7B.
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Alternativ kann das Bestimmungsmodul 140 bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in dem abnormalen Zustand ist, wenn der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 um wenigstens ein eingestelltes Verhältnis von einem Abnormalitätsgrad auf Grundlage eines normalen Zustands erhöht ist.
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Überdies kann die Diagnoseeinrichtung 100 für die Brennstoffzelle, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ferner eine Kommunikationseinheit (nicht gezeigt) umfassen.
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Die Kommunikationseinheit kann ein Kommunikationsmodul umfassen, welches eine Kommunikationsschnittstelle mit elektronischen Teilen und/oder Steuereinheiten, die an einem Fahrzeug vorgesehen sind, unterstützt. In diesem Fall kann das Kommunikationsmodul ein Modul umfassen, welches eine Fahrzeugnetzkommunikation unterstützt, wie beispielsweise eine Kommunikation eines Steuergerätenetzes (Controller Area Network; CAN), eine Kommunikation in einem lokalen Zwischenverbindungsnetz (Local Interconnect Network; LIF) oder einer Flex-Ray Kommunikation.
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Zusätzlich kann die Kommunikationseinheit ein Modul für einen drahtlosen Internet-Zugriff oder ein Kommunikationsmodul für eine Nahbereichskommunikation umfassen. In diesem Fall kann eine drahtlose Internet-Technologien ein drahtloses LAN (WLAN), ein Wireless Broadband (Wibro), ein Wi-Fi oder einen World Interoperability for Microwave Access (WiMAX) umfassen. Die Nahbereichskommunikations-Technologie kann Bluetooth, Zigbee, Ultra Wideband (UWB), eine Funkfrequenzidentifikation (RFID), eine Infrarot-Daten-Assoziation (IrDA) oder dergleichen umfassen.
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Zusätzlich kann die Diagnoseeinrichtung 100 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für die Brennstoffzelle weiter eine Speichereinheit (nicht gezeigt) umfassen, die Daten und/oder einen Algorithmus speichert, der zum Betrieb der Diagnoseeinrichtung 100 benötigt wird. In diesem Fall kann die Speichereinheit 150 ein Speichermedium wie beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einem programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) oder einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) umfassen.
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Nachstehend wird der Betriebsablauf der Einrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung mit der obigen Konfiguration mit näheren Einzelheiten beschrieben.
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FIG: 8 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebsvorgänge in einem Verfahren zur Diagnose einer Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Bezugnehmend auf 8 misst in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Diagnoseeinrichtung 100 eine Stapelspannung und einen Stapelstrom des Brennstoffzellenstapels (S110) und filtert eine Stapelspannung und einen Stapelstrom größer als ein Referenzwert durch Verwendung eines Bandpassfilters (S120).
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Die Diagnoseeinrichtung 100 analysiert das Histogramms des gefilterten Stapelstroms (S130) und extrahiert wenigstens drei Referenzspannungspunkte, zum Beispiel die Referenzspannungspunkte A, B und C (S140). Zusätzlich berechnet die Diagnoseeinrichtung 100 die Spannungspunkte entsprechende zu den wenigstens drei Referenzpunkten, die im Betriebsvorgang S140 extrahiert werden, und extrahiert Referenzspannungspunkte, zum Beispiel die Referenzpunkte A, B und C (S150).
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Danach bildet die Diagnoseeinrichtung 100 eine sinusförmige Wellenform durch Verwendung von Spannungsdifferenzen unter Referenzspannungspunkten A, B und C, die im Betriebsvorgang S150 extrahiert werden, (S160). Im Betriebsvorgang S160 kann die Diagnoseeinrichtung 100 die sinusförmige Welle 611 mit einer Amplitude, die die Spannungsdifferenz zwischen den Referenzspannungspunkten B und A in der Periode zwischen 0 und 1/2 darstellt, und mit einer Amplitude, die Spannungsdifferenz zwischen den Referenzspannungspunkten C und B zu der Periode zwischen 1/2 und 1 darstellt, bilden. In diesem Fall kann die Diagnoseeinrichtung 100 als die Referenzsignalwellenform die sinusförmige Wellenform bilden, die im Betriebsvorgang S160 gebildet wird.
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Die Diagnoseeinrichtung 100 kann den Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels 10 durch Verwendung der Referenzsignalwellenform (S170) berechnen. Der Abnormalitätsgrad des Brennstoffzellenstapels 10 kann über die Gleichung 1 berechnet werden.
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Die Diagnoseeinrichtung 100 kann den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 auf Grundlage des Abnormalitätsgrads (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10, der im Betriebsvorgang 170 berechnet wird, bestimmen. Wenn der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 ein eingestelltes Verhältnis (zum Beispiel A %) übersteigt (S180), dann bestimmt die Diagnoseeinrichtung 100, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in dem abnormalen Zustand ist (S200) und gibt das Bestimmungsergebnis aus (S210).
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Zwischenzeitlich, sogar wenn der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 das eingestellte Verhältnis (zum Beispiel A%) im Betriebsvorgang S108 nicht übersteigt, wenn der Abnormalitätsgrad um wenigstens das eingestellte Verhältnis (zum Beispiel B %, B < A) von dem normalen Wert (S190) erhöht wird, dann bestimmt die Diagnoseeinrichtung 100, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in dem abnormalen Zustand ist (S200) und das Bestimmungsergebnis kann ausgegeben werden (S210).
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Wenn der Abnormalitätsgrad (THDA) des Brennstoffzellenstapels 10 nicht um wenigstens das eingestellte Verhältnis (zum Beispiel B %, B < A) von dem normalen Wert im Betriebsvorgang S190 erhöht ist, dann bestimmt die Diagnoseeinrichtung 100, dass der Brennstoffzellenstapel 10 in dem normalen Zustand ist (S205) und kann das Ergebnis ausgeben.
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Zusätzlich kann die Diagnoseeinrichtung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, die wie voranstehend beschrieben arbeitet, in der Form einer unabhängigen Hardwareeinrichtung implementiert werden. Zusätzlich könnte Diagnoseeinrichtung 100 in der Form von wenigstens einem Prozessor und angesteuert in einer zusammenhängenden Form in eine andere Hardwareeinrichtung, wie beispielsweise einem Mikroprozessor oder einem allgemeinen Computersystem, bereitgestellt werden.
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9 ist ein Blockschaltbild, welches ein Computersystem darstellt, um das Verfahren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
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Bezugnehmend auf 9 kann ein Computersystem 1000 wenigstens einen Mikroprozessor 1100, einen Speicher 1300, eine Benutzerschnittstellen-Eingabeeinrichtung 1400, eine Benutzerschnittstellen-Ausgabeeinrichtung 1500, einen Speicher 1600, und eine Netzschnittstelle 1700 umfassen, die untereinander über einen Bus 1200 verbunden sind.
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Der Prozessor 1100 kann eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder eine Halbleitereinrichtung zum Verarbeiten von Befehlen, die in dem Speicher 1300 und/oder dem Speicher 1600 gespeichert sind, sein. Der Speicher 1300 und der Speicher 1600 können verschiedene Typen von flüchtigen oder nicht-flüchtigen Speichermedien einschließen. Zum Beispiel kann der Speicher 1300 einen Nur-Lese-Speicher (ROM) oder einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) umfassen.
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Somit können die Betriebsvorgänge der Verfahren oder Algorithmen, die in Verbindung mit den in dieser Offenbarung offenbarten Ausführungsformen beschrieben werden, direkt mit einem Hardwaremodul, einem Softwaremodul oder Kombinationen davon, ausgeführt von dem Prozessor 1100, direkt implementiert werden. Das Softwaremodul kann auf einem Speichermedium (d. h. dem Speicher 1300 und/oder dem Speicher 1600), wie beispielsweise einem RAM, einem Flash-Speicher, einem ROM, einem löschbaren und programmierbaren ROM (EEROM), einem elektrischen EROM (EEROM), einem Register, einer Festplatte, einer entfernbaren Platte, oder einer Kompaktdisk-ROM (CD-EROM) liegen. Das beispielhafte Speichermedium kann mit dem Prozessor 1100 gekoppelt sein. Der Prozessor 1100 kann Information von dem Speichermedium auslesen und Information in das Speichermedium schreiben. Alternativ kann das Speichermedium mit dem Prozessor 1100 integriert sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) vorhanden sein. Die ASIC kann in einem Benutzerterminal vorhanden sein. Alternativ kann der Prozessor und das Speichermedium als getrennte Komponenten des Benutzerterminals vorhanden sein.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung kann der abnormale Zustand des Brennstoffzellenstapels durch Verwendung einer Ausgangsspannung einer Referenzsignalwellenform, die auf Grundlage einer Stapelspannung und eines Stapelstroms des Brennstoffzellenstapels gebildet wird, sogar erfasst werden, wenn ein zusätzliches Wechselstrom(AC)-Signal nicht an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird. Sogar wenn eine Einheit zum Erfassen des Brennstoffzellenstapels erhöht ist, kann der abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels mit höherer Genauigkeit erfasst werden, wodurch Diagnoseeigenschaften für den abnormalen Zustand des Brennstoffzellenstapels verbessert werden.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die voranstehend vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann in verschiedener Weise von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, verändert und geändert werden, ohne von dem Grundgedanken und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung, die in den folgenden Ansprüchen beansprucht werden, abzuweichen.
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Deshalb ist nicht angedacht, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung den technischen Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung beschränken, sondern sie sind nur für die illustrativen Zwecke vorgesehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung sollte durch die beigefügten Ansprüche abgegrenzt sein und sämtliche äquivalente Ausführungsformen davon sind so ausgebildet, dass sie in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
