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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem.
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Beschreibung verwandter Technik
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Ein Brennstoffzellensystem, bei dem ein Brenngas aus dem Inneren eines Tanks durch einen Versorgungskanal an eine Brennstoffzelle geliefert wird, ist bekannt. In einigen Fällen werden zwei Ventile in diesem Versorgungskanal bereitgestellt, auf einer vorgelagerten Seite und auf einer nachgelagerten Seite in Bezug zueinander, und ein Drucksensor wird im Versorgungskanal zwischen den beiden Ventilen bereitgestellt (siehe z. B. die
japanische Patentanmeldung Nr. 2013-177910 ).
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Druck im Versorgungskanal zwischen den beiden Ventilen tendiert dazu, einen relativ hohen Druck zu erreichen. Das soll heißen, dass, wenn sich das Ventil auf der vorgelagerten Seite öffnet, während das Ventil auf der nachgelagerten Seite geschlossen ist, das Brenngas, das unter hohem Druck im Tank gespeichert ist, den Versorgungskanal zwischen den beiden Ventilen füllt, wodurch es einen Druck im Versorgungskanal aufbaut. Daher ist ein Drucksensor, der den Druck in einem derartigen detektiert, dem Brenngas mit hohem Druck ausgesetzt ist. Ein mögliches Ergebnis ist, dass Komponenten des Brenngases im Drucksensor fest gelöst sind und die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors reduzieren.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Brennstoffzellensystem bereit, das die Detektionsgenauigkeit eines Drucksensors wiederherstellen kann.
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Ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst Folgendes: eine Brennstoffzelle; einen Tank, der dazu ausgelegt ist, ein Brenngas zu speichern; einen Versorgungskanal, der so ausgelegt ist, dass das Brenngas durch den Versorgungskanal aus dem Tank zur Brennstoffzelle geliefert wird; ein erstes Ventil, das dazu ausgelegt ist, den Versorgungskanal zu öffnen und zu schließen; ein zweites Ventil, das dazu ausgelegt ist, den Versorgungskanal zu öffnen und zu schließen, wobei das erste und das zweite Ventil in der Reihenfolge erstes Ventil, zweites Ventil in einer Richtung von einer vorgelagerten Seite zu einer nachgelagerten Seite bereitgestellt werden; einen Drucksensor, der dazu ausgelegt ist, einen Druck in einem Detektionszielbereich zu detektieren, der ein Bereich des Versorgungskanals zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil ist; eine Heizeinheit, die dazu ausgelegt ist, den Drucksensor zu beheizen; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, zu bewirken, dass die Heizeinheit den Drucksensor in einem Zustand beheizt, in dem ein Detektionswert des Drucksensors nicht größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
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Das Beheizen des Drucksensors in einer Umgebung mit geringem Druck, in welcher der Detektionswert des Drucksensors nicht größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, kann das Freisetzen von Komponenten des Brenngases, die im Drucksensor fest gelöst sind, aus dem Drucksensor fördern. Somit kann die reduzierte Detektionsgenauigkeit des Drucksensors wiederhergestellt werden.
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Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, zu bewirken, dass die Heizeinheit den Drucksensor in einem Zustand beheizt, in dem der Detektionswert nicht größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist und das erste Ventil geschlossen ist.
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Das Brennstoffzellensystem kann des Weiteren ein Einspritzventil umfassen, das im Versorgungskanal weiter auf der nachgelagerten Seite als das zweite Ventil bereitgestellt wird und das dazu ausgelegt ist, das Brenngas auf der nachgelagerten Seite einzuspritzen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, den Detektionswert so zu steuern, dass er nicht größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, indem sie bewirkt, dass das Einspritzventil das Brenngas in einem Zustand einspritzt, in dem das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet ist.
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Das Brennstoffzellensystem kann des Weiteren Folgendes umfassen: einen Bypasskanal, der einen Weiterleitungsbereich aufweist, in dem ein Druck durch den Drucksensor detektierbar ist, und der Verbindung zwischen dem Detektionszielbereich und der Außenluft bereitstellt; und einen Umschaltmechanismus, der dazu ausgelegt ist, zwischen einem ersten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich mit dem Detektionszielbereich in Verbindung steht, während er von der Außenluft getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich vom Detektionszielbereich getrennt ist, während er mit der Außenluft in Verbindung steht, umzuschalten. Der Drucksensor kann dazu ausgelegt sein, den Druck im Detektionszielbereich über den Weiterleitungsbereich zu detektieren, und die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, zu bewirken, dass die Heizeinheit den Drucksensor in einem Zustand beheizt, in dem der Detektionswert nicht größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist und sich das Brennstoffzellensystem im zweiten Zustand befindet.
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Das Brennstoffzellensystem kann des Weiteren Folgendes umfassen: einen Bypasskanal, der einen Weiterleitungsbereich aufweist, in dem ein Druck durch den Drucksensor detektierbar ist, und der Verbindung zwischen dem Detektionszielbereich und einem nachgelagerten Bereich des Versorgungskanals bereitstellt, der sich weiter auf der nachgelagerten Seite als das zweite Ventil befindet; und einen Umschaltmechanismus, der dazu ausgelegt ist, zwischen einem ersten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich mit dem Detektionszielbereich in Verbindung steht, während er vom nachgelagerten Bereich getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich vom Detektionszielbereich getrennt ist, während er mit dem nachgelagerten Bereich in Verbindung steht, umzuschalten. Der Drucksensor kann so ausgelegt sein, dass er in der Lage ist, den Druck im Detektionszielbereich über den Weiterleitungsbereich zu detektieren, und die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, zu bewirken, dass die Heizeinheit den Drucksensor in einem Zustand beheizt, in dem der Detektionswert nicht größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist und sich das Brennstoffzellensystem im zweiten Zustand befindet.
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Das Brennstoffzellensystem kann des Weiteren ein Einspritzventil umfassen, das im Bypasskanal weiter auf der nachgelagerten Seite als der Umschaltmechanismus bereitgestellt wird und das dazu ausgelegt ist, das Brenngas auf der nachgelagerten Seite einzuspritzen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, den Detektionswert so zu steuern, dass er nicht größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, indem sie bewirkt, dass das Einspritzventil das Brenngas im zweiten Zustand einspritzt.
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Die vorliegende Erfindung kann ein Brennstoffzellensystem bereitstellen, das die Detektionsgenauigkeit eines Drucksensors wiederherstellen kann.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und worin gilt:
- 1 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einer Ausführungsform veranschaulicht;
- 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Drucksensors;
- 3A ist ein Kurvenbild, das Änderungen über der Zeit beim Fehler eines Detektionswerts des Drucksensors zeigt;
- 3B ist ein Kurvenbild, das eine Geschwindigkeit der Wiederherstellung nach Fehler bei vier Mustern des Drucksensors zeigt;
- 4 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm des Steuerns der Wiederherstellung in der Ausführungsform;
- 5 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung in der Ausführungsform zeigt;
- 6 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einem ersten modifizierten Beispiel veranschaulicht;
- 7 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im ersten modifizierten Beispiel zeigt;
- 8 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im ersten modifizierten Beispiel zeigt;
- 9 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einem zweiten modifizierten Beispiel veranschaulicht;
- 10 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im zweiten modifizierten Beispiel zeigt;
- 11 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im zweiten modifizierten Beispiel zeigt;
- 12A ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einem dritten modifizierten Beispiel veranschaulicht;
- 12B ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einem vierten modifizierten Beispiel veranschaulicht; und
- 12C ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems in einem fünften modifizierten Beispiel veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1 in einer Ausführungsform veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzelle 10, einen Tank 20, einen Versorgungskanal 30, ein Hauptabsperrventil 32, ein Druckreduzierventil 34, ein Einspritzventil 36, Drucksensoren 42, 44 usw. Die Brennstoffzelle 10 weist eine Stapelstruktur auf, bei der mehrere einzelne Zellen gestapelt sind, und wird mit einem Brenngas und einem Oxidationsgas versorgt, um elektrische Leistung durch elektrochemische Reaktionen zwischen dem Brenngas und dem Oxidationsgas zu erzeugen. Ein Wasserstoffgas, welches das der Brennstoffzelle 10 gelieferte Brenngas ist, wird unter hohem Druck im Tank 20 gespeichert. Der Versorgungskanal 30 verbindet die Brennstoffzelle 10 und den Tank 20 miteinander, und das Brenngas wird aus dem Tank 20 zur Brennstoffzelle 10 über den Versorgungskanal 30 geliefert. Das Brenngas und das Oxidationsgas werden der Brennstoffzelle 10 geliefert, wenn eine Steuereinheit 100 die Operationen der relevanten Einrichtungen steuert.
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Das Brennstoffzellensystem 1 wird mit einem Auslasskanal, durch den das Brenngas in die Außenluft abgeleitet wird, einem Kühlmittelversorgungskanal, durch den der Brennstoffzelle 10 ein Kühlmittel geliefert wird, und verschiedenen Komponenten, wie zum Beispiel Zusatzeinrichtungen, bereitgestellt. In dieser Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 1 in einem Fahrzeug verbaut, und die Brennstoffzelle 10 liefert elektrische Leistung an einen Antriebsmotor des Fahrzeugs.
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Das Hauptabsperrventil 32, das Druckreduzierventil 34 und das Einspritzventil 36 werden im Versorgungskanal 30 in der Reihenfolge von Hauptabsperrventil 32, Druckreduzierventil 34, Einspritzventil 36 in einer Richtung von einer vorgelagerten Seite zu einer nachgelagerten Seite bereitgestellt. Das Hauptabsperrventil 32 steuert das Einströmen des Brenngases aus dem Tank 20 zur vorgelagerten Seite des Versorgungskanals 30. Das Druckreduzierventil 34 ist ein Druckreduzierventil, das den Druck des Brenngases auf der vorgelagerten Seite des Versorgungskanals 30 auf einen eingestellten geringen Druck einstellt. In dieser Ausführungsform sind das Hauptabsperrventil 32 und das Druckreduzierventil 34 jeweils Beispiele für das „erste Ventil“ und das „zweite Ventil“, die in der Reihenfolge „erstes Ventil“ und „zweites Ventil“ in der Richtung von der vorgelagerten Seite zur nachgelagerten Seite bereitgestellt werden. Das Hauptabsperrventil 32 öffnet und schließt den Versorgungskanal 30. Das Druckreduzierventil 34 öffnet sich halb, wenn der umgebende Druck hoch ist, und öffnet sich vollständig, wenn der umgebende Druck gering ist. Das Einspritzventil 36 ist ein elektromagnetisch angesteuertes Einspritzventil, welches das Brenngas zur nachgelagerten Seite des Versorgungskanals 30 einspritzt. Der Bereich des Versorgungskanals 30 zwischen dem Hauptabsperrventil 32 und dem Druckreduzierventil 34 wird als ein Detektionszielbereich 30a bezeichnet.
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Der Drucksensor 42 wird im Detektionszielbereich 30a bereitgestellt und detektiert den Gasdruck des Brenngases, das aus dem Hauptabsperrventil 32 abgeleitet wird. Der Drucksensor 42 wird mit einem Heizelement 42h bereitgestellt, wie später ausführlich beschrieben wird. Der Drucksensor 44 wird im Versorgungskanal 30 zwischen dem Druckreduzierventil 34 und dem Einspritzventil 36 bereitgestellt und detektiert den Druck des Brenngases, der vom Druckreduzierventil 34 reduziert worden ist.
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Die Steuereinheit 100 wird durch einen Computer gebildet, der einen Hauptprozessor (Central Processing Unit, CPU), einen Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM), einen Nur-Lese-Speicher (Read-Only Memory, ROM), eine Speichereinrichtung usw. umfasst. Die Steuereinheit 100 entspricht der „Steuerung“, die verschiedene Prozesse und Steuervorgänge ausführt, indem sie das Hauptabsperrventil 32, das Druckreduzierventil 34, das Einspritzventil 36 und das Heizelement 42h auf Basis der Detektionswerte der Drucksensoren 42, 44 usw. steuert.
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Die 2 ist eine schematische Schnittansicht des Drucksensors 42. Der Drucksensor 42 umfasst einen Korpus 42b, eine Membrane 42d, einen Dehnungsmessstreifen 42g und das Heizelement 42h. Der Korpus 42b besteht aus Metall und weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und nimmt die Membrane 42d, den Dehnungsmessstreifen 42g und das Heizelement 42h auf. Ein offenes Ende 42b1 des Korpus 42b auf der führenden Endseite wird in eine Außenwandung im Detektionszielbereich 30a eingeschoben. Die Membrane 42d besteht aus Metall, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und umfasst einen zylindrischen Teil 42d1 und einen dünnwandigen, druckaufnehmenden Teil 42d3, der im zylindrischen Teil 42d1 integriert ist und ein Ende des zylindrischen Teils 42d1 auf der oberen Seite in der 2 abschließt. Der druckaufnehmende Teil 42d3 erfährt aufgrund des Drucks des Brenngases, das in den zylindrischen Teil 42d1 eingebracht wird, eine Verzerrung.
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Vier Dehnungsmessstreifen 42g werden auf einer Außenfläche des druckaufnehmenden Teils 42d3 bereitgestellt. Eine mechanische Spannung, die auf jeden Dehnungsmessstreifen 42g aufgebracht wird, ändert sich gemäß der Durchbiegung des druckaufnehmenden Teils 42d3, und der Widerstand des Dehnungsmessstreifens 42g ändert sich entsprechend. Mit dieser Änderung eines Widerstandswerts, der als ein Differenzausgang einer Brückenschaltung verwendet wird, kann eine Ausgabe erzielt werden, die proportional zum Druck des Brenngases ist. Das Heizelement 42h wird in der Nähe der Membrane 42d und der Dehnungsmessstreifen 42g bereitgestellt. Die Bestromung des Heizelements 42h wird von der Steuereinheit 100 gesteuert, und die Membrane 42d wird beheizt, wenn das Heizelement 42h bestromt wird.
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Hier wird ein Metallwerkstoff für die Membrane 42d verwendet. Wenn die Membrane 42d dem Brenngas mit hohem Druck ausgesetzt wird, kann daher Wasserstoff, der eine Komponente des Brenngases ist, in diesem Metallwerkstoff fest gelöst werden. Als Ergebnis kann der Fehler des Detektionswerts des Drucksensors 42 zunehmen, und die Detektionsgenauigkeit kann reduziert werden.
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Die 3A ist ein Kurvenbild, das Änderungen über der Zeit beim Fehler des Detektionswerts des Drucksensors 42 zeigt. Dieses Kurvenbild zeigt Änderungen im Fehler des Detektionswerts des Drucksensors 42 für den Fall, dass zuerst eine Brenngasumgebung mit hohem Druck und dann eine Brenngasumgebung mit geringem Druck um den Drucksensor 42 erzeugt worden sind. Wie in der 3A gezeigt wird, nimmt der Fehler in der Brenngasumgebung mit hohem Druck allmählich im Laufe der Zeit zu. In der anschließenden Brenngasumgebung mit geringem Druck verringert sich dagegen der Fehler allmählich. Eine mögliche Erklärung für dieses Ergebnis ist, dass die Umgebung mit hohem Druck die feste Lösung von Wasserstoff im Metallwerkstoff des Drucksensors 42 eher fördert als die Umgebung mit geringem Druck und dass die Umgebung mit geringem Druck das Freisetzen des Wasserstoffs bewirkt, der im Metallwerkstoff des Drucksensors 42 fest gelöst ist.
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Die 3B ist ein Kurvenbild, das eine Geschwindigkeit der Wiederherstellung nach Fehler bei vier Mustern A bis D des Drucksensors 42 zeigt. Diese Muster A bis D wurden vorab in eine Brenngasumgebung mit hohem Druck eingebracht, damit so der Fehler zunimmt. Der Fehler wurde in der Reihenfolge der Muster A bis D größer. Die Muster A, C und D wurden in eine Brenngasumgebung mit geringem Druck eingebracht. Das Muster B wurde beheizt, während es in einer Brenngasumgebung mit geringem Druck eingebracht war. Als Ergebnis wurde beim Muster B, das in einer Brenngasumgebung mit geringem Druck beheizt wurde, die höchste Geschwindigkeit der Wiederherstellung registriert. In dieser Ausführungsform führt die Steuereinheit 100 das Steuern der Wiederherstellung der Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 aus, indem sie das Heizelement 42h den Drucksensor 42 in einer Umgebung mit geringem Druck beheizen lässt.
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Die 4 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm des Steuerns der Wiederherstellung in dieser Ausführungsform. Die Steuereinheit 100 führt dieses Steuern wiederholt in vorbestimmten Zyklen aus. Zuerst wird bestimmt, ob es Zeit ist, die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 wiederherzustellen (Schritt S1). Wenn die Bestimmung negativ ist, wird das aktuelle Steuern beendet. Diese negative Bestimmung erfolgt, wenn ein Anforderungsmerker für die Wiederherstellung ein ist und das Abschalten der Zündung des Fahrzeugs detektiert wird. Das Abschalten der Zündung wird auf Basis eines Ausgangssignals eines Zündschalters detektiert. Der Anforderungsmerker für die Wiederherstellung wird von aus nach ein umgeschaltet, wenn eine Fahrstrecke des Fahrzeugs einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet oder wenn eine seit der letzten Ausführung des Steuerns der Wiederherstellung verstrichene Zeit einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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Diese vorbestimmten Schwellenwerte können korrigiert werden, damit sie kleiner werden, wenn eine Periode länger ist, während der die Außenlufttemperatur, während sich das Fahrzeug fortbewegt, auf oder über einem vorbestimmten Wert liegt, oder wenn eine Periode länger ist, während welcher der Detektionswert des Drucksensors 42 auf oder über einem vorbestimmten Wert liegt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die feste Lösung weiter gefördert wird, wenn die Außenlufttemperatur höher ist, während sich das Fahrzeug fortbewegt, und eine Periode länger ist, während welcher der Drucksensor 42 dem Brenngas mit hohem Druck ausgesetzt ist. In diesem Fall wird eine Periode, während ein Detektionswert eines Außenlufttemperatursensors auf oder über einem vorbestimmten Wert liegt, in einem Speicher der Steuereinheit 100 gespeichert, oder die Periode, während welcher der Detektionswert des Drucksensors 42 auf oder über dem vorbestimmten Wert liegt, wird im Speicher der Steuereinheit 100 gespeichert.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S1 positiv ist, wird ein Inneres des Detektionszielbereichs 30a druckentlastet (Schritt S3). Insbesondere wird das Brenngas durch das Einspritzventil 36 in einem Zustand eingespritzt, in dem das Hauptabsperrventil 32 geschlossen ist und das Druckreduzierventil 34 geöffnet ist, und somit wird das Innere des Detektionszielbereichs 30a druckentlastet. Als Ergebnis verringert sich der Druck um den Drucksensor 42. Inzwischen werden das Brenngas und das Oxidationsgas im Inneren des Systems zu einer Außenseite abgeleitet, so dass die Brennstoffzelle 10 aufhört, elektrische Leistung zu erzeugen.
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Als Nächstes wird bestimmt, ob sich der Detektionswert des Drucksensors 42 auf oder unter einen Schwellenwert P verringert hat (Schritt S5). Wenn die Bestimmung negativ ist, wird die Druckentlastung fortgesetzt. Wenn die Bestimmung positiv ist, wird die Druckentlastung gestoppt (Schritt S7). Insbesondere wird auch das Einspritzen des Brenngases durch das Einspritzventil 36 gestoppt. Somit wird das Innere des Detektionszielbereichs 30a in einem vorbestimmten druckentlasteten Zustand gehalten.
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Als Nächstes wird der Drucksensor 42 beheizt (Schritt S9). Insbesondere wird das Heizelement 42h bestromt, um die Membrane 42d und die Dehnungsmessstreifen 42g zu beheizen. Somit werden die Membrane 42d und diese Dehnungsmessstreifen 42g beheizt, während die Peripherie des Drucksensors 42 sich im druckentlasteten Zustand befindet. Auf diese Weise ist es möglich, das Freisetzen von Wasserstoff zu fördern, der im Metallwerkstoff des Drucksensors 42 fest gelöst ist, und schnell die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 wiederherzustellen.
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Als Nächstes wird bestimmt, ob sich die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 über eine vorbestimmte Zeit auf oder unter einen vorbestimmten Schwellenwert ΔP verringert hat (Schritt S11). Der Detektionswert des Drucksensors 42 stabilisiert sich nicht, während der Wasserstoff, der im Metallwerkstoff des Drucksensors 42 fest gelöst ist, an das umgebende Gebiet freigesetzt wird, da der Drucksensor 42 beheizt wird. Wenn sich daher die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 auf oder unter den vorbestimmten Schwellenwert ΔP verringert hat, wird bestimmt, dass der Wasserstoff, der im Metallwerkstoff fest gelöst ist, ausreichend freigesetzt worden ist. Wenn die Bestimmung negativ ist, wird das Beheizen des Drucksensors 42 fortgesetzt. Da diese Bestimmung mit geschlossenem Hauptabsperrventil 32 erfolgt, kann verhindert werden, dass andere Faktoren als das Freisetzen von Wasserstoff den Detektionswert des Drucksensors 42 beeinflussen, und somit kann die Bestimmung exakt erfolgen. Alternativ kann im Schritt S11 bestimmt werden, ob sich die Änderungsgeschwindigkeit des Bestimmungswerts des Drucksensors 42 auf oder unter einen vorbestimmten Schwellenwert verringert hat.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S11 positiv ist, wird das Beheizen des Drucksensors 42 auf Basis der Annahme gestoppt, dass der fest gelöste Stoff entfernt worden ist und dass die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 wiederhergestellt worden ist (Schritt S13). Der oben beschriebene Anforderungsmerker für die Wiederherstellung wird von ein nach aus umgeschaltet.
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Als Nächstes wird bestimmt, ob es Zeit ist, zum ursprünglichen Zustand zurückzukehren (Schritt S15). Insbesondere wird bestimmt, ob Einschalten der Zündung des Fahrzeugs detektiert wird. Das Einschalten der Zündung wird auf Basis eines Ausgangssignals aus dem Zündschalter detektiert. Wenn die Bestimmung negativ ist, wird der Prozess im Schritt S15 erneut ausgeführt.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S15 positiv ist, wird das Hauptabsperrventil 32 geöffnet, um den Zustand des Inneren des Detektionszielbereichs 30a auf den Zustand mit hohem Druck vor der Druckentlastung zurückzuführen (Schritt S17). Somit kann das Brenngas der Brennstoffzelle 10 durch das Druckreduzierventil 34 und das Einspritzventil 36 geliefert werden, und die Brennstoffzelle 10 kann elektrische Leistung erzeugen.
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Die 5 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung in der Ausführungsform zeigt. Wenn der Anforderungsmerker für die Wiederherstellung ein ist und das Abschalten der Zündung detektiert wird, wird zum Zeitpunkt t1 das Hauptabsperrventil 32 geschlossen und das Brenngas durch das Einspritzventil 36 eingespritzt, um die Druckentlastung zu starten. Wenn der Detektionswert des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t2 auf oder unter den Schwellenwert P verringert, wird das Einspritzen durch das Einspritzventil 36 gestoppt und das Beheizen des Drucksensors 42 wird gestartet. Somit schwankt zum Zeitpunkt t3 die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 und wird instabil. Wenn die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t4 auf oder unter den Schwellenwert ΔP verringert, wird das Beheizen des Drucksensors 42 gestoppt. Wenn zum Zeitpunkt t5 Einschalten der Zündung detektiert wird, wird das Hauptabsperrventil 32 geöffnet, und der Detektionszielbereich 30a kehrt zum ursprünglichen Zustand mit hohem Druck zurück. Der Detektionswert des Drucksensors 42 ist nach dem Zeitpunkt t5 kleiner als der vor dem Zeitpunkt t1. Dies ist darauf zurückzuführen, dass vor dem Zeitpunkt t1 der Detektionswert des Hauptabsperrventils 32 aufgrund des Fehlers größer als der tatsächliche Druckwert ist, während der Fehler nach dem Zeitpunkt t4 beseitigt ist und der Detektionswert fast gleich dem tatsächlichen Druckwert ist. Die 5 veranschaulicht den Fall, dass das Einspritzventil 36 das Brenngas auch vor dem Zeitpunkt t1 einspritzt und das Einspritzventil 36 das Brenngas unmittelbar nach dem Zeitpunkt t5 einspritzt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
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Wie oben beschrieben worden ist, wird, wenn das Abschalten der Zündung detektiert worden ist, das Steuern der Wiederherstellung des Drucksensors 42 ausgeführt, indem das Hauptabsperrventil 32 geschlossen wird. So lange wie das Hauptabsperrventil 32 geschlossen ist, wird kein zusätzliches Brenngas aus dem Tank 20 an die Brennstoffzelle 10 geliefert. Wenn das Abschalten der Zündung detektiert worden ist, hört hier die Brennstoffzelle 10 nach einem Ablauf von wenigstens einer vorbestimmten Periode auf, elektrische Leistung zu erzeugen. Daher kann das Ausführen des Steuerns der Wiederherstellung durch Schließen des Hauptabsperrventils 32 und Starten der Druckentlastung, wenn erwartet wird, dass die Brennstoffzelle 10 aufhört, elektrische Leistung zu erzeugen, die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 wiederherstellen, ohne die Erzeugung von elektrischer Energie durch die Brennstoffzelle 10 zu beeinflussen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf das Beispiel beschränkt, in dem das Steuern der Wiederherstellung ausgeführt wird, wenn das Abschalten der Zündung detektiert worden ist. Wenn sich zum Beispiel das Fahrzeug in einem Betriebszustand befindet, in dem die Menge an elektrischer Leistung, die in einer im Fahrzeug verbauten Sekundärbatterie gespeichert ist, auf oder über einem vorbestimmten Wert liegt und die erforderliche Menge an elektrischer Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 10 gering ist, kann das Öffnen und Schließen des Hauptabsperrventils 32 usw. gesteuert werden und die Druckentlastung des Inneren des Detektionszielbereichs 30a kann gestartet werden. Mit anderen Worten: Unter der Bedingung, dass sich das Fahrzeug in einem Betriebszustand befindet, in dem die Druckentlastung des Inneren des Detektionszielbereichs 30a die elektrische Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 10 nicht wesentlich beeinflusst, kann die Druckentlastung gestartet werden und das Steuern der Wiederherstellung des Drucksensors 42 kann ausgeführt werden.
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Als Nächstes werden Brennstoffzellensysteme in modifizierten Beispielen beschrieben. Komponenten und Prozesse der Brennstoffzellensysteme in den modifizierten Beispielen, welche die gleichen wie die in der oben genannten Ausführungsform sind, werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um sich überschneidende Beschreibungen zu vermeiden.
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6 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1a in einem ersten modifizierten Beispiel veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 1a umfasst einen Auslasskanal 50, einen Bypasskanal 60, ein vorgelagertes Absperrventil 62, ein nachgelagertes Absperrventil 63 und ein Druckreduzierventil 64. Der Auslasskanal 50 ist ein Kanal, durch den ein Brennstoff-Off-Gas, das aus der Brennstoffzelle 10 abgeleitet wird, in die Außenluft abgeleitet wird, und obwohl dies nicht gezeigt wird, wird der Auslasskanal 50 auch im Brennstoffzellensystem 1 bereitgestellt. Der Bypasskanal 60 steht an einem Ende mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung und am anderen Ende mit dem Auslasskanal 50. Dementsprechend steht der Bypasskanal 60 mit der Außenluft über den Auslasskanal 50 in Verbindung. Das vorgelagerte Absperrventil 62, das nachgelagerte Absperrventil 63 und das Druckreduzierventil 64 werden im Bypasskanal 60 in der Reihenfolge von vorgelagertem Absperrventil 62, nachgelagertem Absperrventil 63, Druckreduzierventil 64 in der Richtung von der vorgelagerten Seite zur nachgelagerten Seite bereitgestellt. Das vorgelagerte Absperrventil 62, das nachgelagerte Absperrventil 63 und das Druckreduzierventil 64 werden durch eine Steuereinheit 100a gesteuert. Der Drucksensor 42 wird im Bypasskanal 60 zwischen dem vorgelagerten Absperrventil 62 und dem nachgelagerten Absperrventil 63 bereitgestellt. Im ersten modifizierten Beispiel wird der Bereich des Bypasskanals 60 zwischen dem vorgelagerten Absperrventil 62 und dem nachgelagerten Absperrventil 63 als ein Weiterleitungsbereich 60a bezeichnet, in dem der Druck durch den Drucksensor 42 detektierbar ist.
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Das vorgelagerte Absperrventil 62 und das nachgelagerte Absperrventil 63 sind ein Beispiel für den „Umschaltmechanismus“, der zwischen einem ersten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich 60a mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung steht, während er von der Außenluft getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich 60a vom Detektionszielbereich 30a getrennt ist, während er mit der Außenluft in Verbindung steht, umschaltet. Insbesondere wird der erste Zustand umgesetzt, wenn das vorgelagerte Absperrventil 62 geöffnet ist und das nachgelagerte Absperrventil 63 geschlossen ist. Der zweite Zustand wird umgesetzt, wenn das vorgelagerte Absperrventil 62 geschlossen ist und das nachgelagerte Absperrventil 63 geöffnet ist. Das Druckreduzierventil 64 öffnet sich bei einem geringen Druck vollständig und öffnet sich bei einem hohen Druck halb, und ist somit sowohl im ersten als auch im zweiten Zustand geöffnet.
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Im ersten modifizierten Beispiel wird das Brennstoffzellensystem in den ersten Zustand gesteuert, wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird. Daher ist der Druck im Weiterleitungsbereich 60a gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a, und der Drucksensor 42 kann den Druck im Detektionszielbereich 30a über den Weiterleitungsbereich 60a detektieren. Da das nachgelagerte Absperrventil 63 geschlossen ist, wird verhindert, dass das Brennstoff-Off-Gas durch den Auslasskanal 50 zurück in den Bypasskanal 60 und in den Versorgungskanal 30 strömt.
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Die 7 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im ersten modifizierten Beispiel zeigt. Die Steuereinheit 100a führt dieses Steuern wiederholt in vorbestimmten Zyklen aus. Zuerst wird bestimmt, ob es Zeit ist, die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 wiederherzustellen (Schritt S1a). Wenn die Bestimmung negativ ist, wird das aktuelle Steuern beendet. Anders als in der oben genannten Ausführungsform ist diese Bestimmung positiv, wenn kein Abschalten der Zündung detektiert wird und der Anforderungsmerker für die Wiederherstellung des Drucksensors 42 ein ist.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S1a positiv ist, wird das Innere des Weiterleitungsbereichs 60a druckentlastet (Schritt S3a). Insbesondere wird das Brennstoffzellensystem in den zweiten Zustand umgeschaltet, und das Brenngas im Weiterleitungsbereich 60a wird in die Außenluft abgeleitet. Somit verringert sich der Druck im Weiterleitungsbereich 60a im Wesentlichen auf den gleichen wie den Außenluftdruck, und die Peripherie des Drucksensors 42 wird druckentlastet. Da das vorgelagerte Absperrventil 62 geschlossen ist, sind ein Teil des Bypasskanals 60 auf der nachgelagerten Seite vom vorgelagerten Absperrventil 62 und der Detektionszielbereich 30a voneinander getrennt. Sogar wenn somit Druckentlastung durchgeführt wird, kann Brenngas kontinuierlich aus dem Tank 20 zur Brennstoffzelle 10 durch den Versorgungskanal 30 geliefert werden.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S5 positiv ist, wird als Nächstes die Druckentlastung gestoppt (Schritt S7a), wie in der oben genannten Ausführungsform. Insbesondere ist das Druckreduzierventil 64 vollständig geöffnet. Als Nächstes werden die Prozesse in den Schritten S9 bis S13 wie in der oben genannten Ausführungsform ausgeführt. Wenn der Prozess im Schritt S13 ausgeführt wird, wird das Brennstoffzellensystem in den ersten Zustand umgeschaltet, so dass der Druck im Weiterleitungsbereich 60a gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a wird, und der Druck im Weiterleitungsbereich 60a wird wieder auf den hohen Druck vor der Druckentlastung zurückgeführt (Schritt S17a).
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Somit kann das Steuern der Wiederherstellung des Drucksensors 42 ausgeführt werden, auch während das Brenngas kontinuierlich aus dem Tank 20 zur Brennstoffzelle 10 geliefert wird. Es ist daher zum Beispiel möglich, schnell den Drucksensor 42 von einer Reduzierung der Detektionsgenauigkeit wiederherzustellen, auch während das Fahrzeug sich fortbewegt, und das Brennstoffzellensystem 1a auf Basis des Detektionswerts des Drucksensors 42 mit der wiederhergestellten Genauigkeit geeignet zu steuern.
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Die 8 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im ersten modifizierten Beispiel zeigt. Wenn der Anforderungsmerker für die Wiederherstellung zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet wird, wird das vorgelagerte Absperrventil 62 geschlossen und das nachgelagerte Absperrventil 63 wird geöffnet, und die Druckentlastung wird durch das Druckreduzierventil 64 gestartet. Wenn der Detektionswert des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t2 auf oder unter den Schwellenwert P verringert, wird das Beheizen des Drucksensors 42 gestartet. Somit schwankt zum Zeitpunkt t3 die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 und wird instabil. Wenn die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t4 auf oder unter den Schwellenwert ΔP verringert, wird das Beheizen des Drucksensors 42 gestoppt. Dann wird zum Zeitpunkt t5 das vorgelagerte Absperrventil 62 geöffnet und das nachgelagerte Absperrventil 63 wird geschlossen, so dass der Druck im Weiterleitungsbereich 60a zum hohen Druck zurückkehrt, der gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a ist.
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Im ersten modifizierten Beispiel kann das Druckreduzierventil 64 weggelassen werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird, das Öffnen des vorgelagerten Absperrventils 62 und das Schließen des nachgelagerten Absperrventils 63 gestatten können, dass der Drucksensor 42 den Druck im Detektionszielbereich 30a detektiert, und während des Steuerns der Wiederherstellung kann das Schließen des vorgelagerten Absperrventils 62 und das Öffnen des nachgelagerten Absperrventils 63 das Innere des Weiterleitungsbereichs 60a druckentlasten.
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Im ersten modifizierten Beispiel bleibt das nachgelagerte Absperrventil 63 während des Beheizens des Drucksensors 42 geöffnet, jedoch kann das nachgelagerte Absperrventil 63 stattdessen geschlossen bleiben.
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Die 9 ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1b in einem zweiten modifizierten Beispiel veranschaulicht. Im zweiten modifizierten Beispiel wird der Bereich des Versorgungskanals 30 zwischen dem Einspritzventil 36 und der Brennstoffzelle 10 als ein nachgelagerter Bereich 30b bezeichnet. Das Brennstoffzellensystem 1b umfasst einen Bypasskanal 70, ein vorgelagertes Absperrventil 72, ein nachgelagertes Absperrventil 73, ein Druckreduzierventil 74 und ein Einspritzventil 76. Der Bypasskanal 70 steht an einem Ende mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung und am anderen Ende mit dem nachgelagerten Bereich 30b. Das vorgelagerte Absperrventil 72, das nachgelagerte Absperrventil 73, das Druckreduzierventil 74 und das Einspritzventil 76 werden im Bypasskanal 70 in der Reihenfolge von vorgelagertem Absperrventil 72, nachgelagertem Absperrventil 73, Druckreduzierventil 74, Einspritzventil 76 in der Richtung von der vorgelagerten Seite zur nachgelagerten Seite bereitgestellt. Der Drucksensor 42 wird im Bypasskanal 70 zwischen dem vorgelagerten Absperrventil 72 und dem nachgelagerten Absperrventil 73 bereitgestellt. Im zweiten modifizierten Beispiel wird der Bereich des Bypasskanals 70 zwischen dem vorgelagerten Absperrventil 72 und dem nachgelagerten Absperrventil 73 als ein Weiterleitungsbereich 70a bezeichnet, in dem der Druck durch den Drucksensor 42 detektierbar ist.
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Das vorgelagerte Absperrventil 72 und das nachgelagerte Absperrventil 73 sind ein Beispiel für den „Umschaltmechanismus“, der zwischen einem ersten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich 70a mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung steht, während er vom nachgelagerten Bereich 30b getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Weiterleitungsbereich 70a vom Detektionszielbereich 30a getrennt ist, während er mit dem nachgelagerten Bereich 30b in Verbindung steht, umschaltet. Insbesondere wird der erste Zustand umgesetzt, wenn das vorgelagerte Absperrventil 72 geöffnet ist und das nachgelagerte Absperrventil 73 geschlossen ist. Der zweite Zustand wird umgesetzt, wenn das vorgelagerte Absperrventil 72 geschlossen ist und das nachgelagerte Absperrventil 73 geöffnet ist. Das Druckreduzierventil 74 öffnet sich bei einem geringen Druck vollständig und öffnet sich bei einem hohen Druck halb, und ist somit sowohl im ersten als auch im zweiten Zustand geöffnet.
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Im zweiten modifizierten Beispiel wird das Brennstoffzellensystem in den ersten Zustand gesteuert, wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird. Daher ist der Druck im Weiterleitungsbereich 70a gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a, und der Drucksensor 42 kann den Druck im Detektionszielbereich 30a über den Weiterleitungsbereich 70a detektieren. Wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird, wird das nachgelagerte Absperrventil 73 geschlossen, und das Einspritzventil 76 arbeitet nicht. Somit wird verhindert, dass das vom Einspritzventil 36 eingespritzte Brenngas zurück durch den Bypasskanal 70 strömt.
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Die 10 ist ein Beispiel für ein Flussdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im zweiten modifizierten Beispiel zeigt. Eine Steuereinheit 100b führt dieses Steuern wiederholt in vorbestimmten Zyklen aus. Wenn der Schritt S1a ausgeführt ist und die Bestimmung im Schritt S1a positiv ist, wird das Innere des Weiterleitungsbereichs 70a druckentlastet (Schritt S3b). Insbesondere wird das vorgelagerte Absperrventil 72 geschlossen, und das nachgelagerte Absperrventil 73 wird geöffnet, und das Brenngas wird durch das Einspritzventil 76 eingespritzt. Somit wird das Brenngas im Weiterleitungsbereich 70a an die Brennstoffzelle 10 geliefert, und die Peripherie des Drucksensors 42 wird druckentlastet, während das Brenngas, das aus dem Weiterleitungsbereich 70a abgeleitet wird, von der Brennstoffzelle 10 effektiv zur elektrischen Leistungserzeugung verwendet werden kann. Da das vorgelagerte Absperrventil 72 geschlossen ist, kann außerdem das Brenngas kontinuierlich aus dem Tank 20 zur Brennstoffzelle 10 durch den Versorgungskanal 30 geliefert werden.
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Wenn die Bestimmung im Schritt S5 positiv ist, wird als Nächstes die Druckentlastung gestoppt (Schritt S7b), wie in der oben genannten Ausführungsform. Insbesondere ist das Druckreduzierventil 74 vollständig geöffnet. Als Nächstes werden die Prozesse in den Schritten S9 bis S13 wie in der oben genannten Ausführungsform ausgeführt. Wenn der Prozess im Schritt S13 ausgeführt wird, wird das Brennstoffzellensystem in den ersten Zustand umgeschaltet, so dass der Druck im Weiterleitungsbereich 70a gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a wird, und der Druck im Weiterleitungsbereich 70a wird wieder auf den hohen Druck vor der Druckentlastung zurückgeführt (Schritt S17b).
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Die 11 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, welches das Steuern der Wiederherstellung im zweiten modifizierten Beispiel zeigt. Wenn der Anforderungsmerker für die Wiederherstellung zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet wird, wird das vorgelagerte Absperrventil 72 geschlossen und das nachgelagerte Absperrventil 73 wird geöffnet, und das Brenngas wird durch das Einspritzventil 76 durch das Druckreduzierventil 74 eingespritzt, um die Druckentlastung zu starten. Wenn der Detektionswert des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t2 auf oder unter den Schwellenwert P verringert, wird die Druckentlastung gestoppt und das Beheizen des Drucksensors 42 gestartet. Somit schwankt zum Zeitpunkt t3 die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 und wird instabil. Wenn die Größe der Änderung des Detektionswerts des Drucksensors 42 sich zum Zeitpunkt t4 auf oder unter den Schwellenwert ΔP verringert, wird das Beheizen des Drucksensors 42 gestoppt. Dann wird zum Zeitpunkt t5 das vorgelagerte Absperrventil 72 geöffnet und das nachgelagerte Absperrventil 73 wird geschlossen, so dass der Druck im Weiterleitungsbereich 70a zum hohen Druck zurückkehrt, der gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a ist.
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Somit ist es im zweiten modifizierten Beispiel möglich, das Brenngas effektiv zu verwenden, indem es möglich ist, das Steuern der Wiederherstellung des Drucksensors 42 sogar auszuführen, während das Brenngas kontinuierlich aus dem Tank 20 an die Brennstoffzelle 10 geliefert wird.
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Die 12A ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1' in einem dritten modifizierten Beispiel veranschaulicht. Die Ausgestaltung des dritten modifizierten Beispiels ist ähnlich der der oben genannten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch darin, dass der Versorgungskanal 30' anstatt des Versorgungskanals 30 bereitgestellt wird. Der Versorgungskanal 30' weist einen Hauptkanal 30m, durch den das Brenngas aus dem Tank 20 an die Brennstoffzelle 10 geliefert wird und in dem das Hauptabsperrventil 32, das Druckreduzierventil 34 und das Einspritzventil 36 wie oben beschrieben angeordnet sind, und einen Abzweigkanal 30A, der vom Hauptkanal 30m abzweigt und dessen eines Ende geschlossen ist, auf. Der Drucksensor 42 wird im Abzweigkanal 30A bereitgestellt, nicht im Detektionszielbereich 30a. In dieser Ausgestaltung kann der Drucksensor 42 auch den Druck im Detektionszielbereich 30a durch den Abzweigkanal 30A detektieren. Die Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 42 kann durch die gleiche Technik wie in der oben genannten Ausführungsform wiederhergestellt werden.
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Die 12B ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1a' in einem vierten modifizierten Beispiel veranschaulicht. Die Ausgestaltung des vierten modifizierten Beispiels ist ähnlich der des ersten modifizierten Beispiels, das oben beschrieben worden ist, unterscheidet sich jedoch darin, dass ein Dreiwegeventil 62a anstelle des vorgelagerten Absperrventils 62 und des nachgelagerten Absperrventils 63 bereitgestellt wird und dass ein Bypasskanal 60' anstelle des Bypasskanals 60 bereitgestellt wird. Der Bypasskanal 60' weist einen Hauptkanal 60m, der die Verbindung zwischen dem Detektionszielbereich 30a und der Außenluft bereitstellt und in dem das Druckreduzierventil 64 wie oben beschrieben angeordnet ist, und einen Abzweigkanal 60A, der an einem Punkt im Hauptkanal 60m abzweigt, der weiter auf der vorgelagerten Seite als das Druckreduzierventil 64 liegt und dessen anderes Ende geschlossen ist, auf. Der Drucksensor 42 wird im Abzweigkanal 60A bereitgestellt und detektiert den Druck im Abzweigkanal 60A. Das Dreiwegeventil 62a wird an dem Punkt bereitgestellt, an dem der Abzweigkanal 60A vom Hauptkanal 60m abzweigt. Das Dreiwegeventil 62a wird von der Steuereinheit 100a' gesteuert.
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Das Dreiwegeventil 62a ist ein Beispiel für den „Umschaltmechanismus“, der zwischen einem ersten Zustand, in dem der Abzweigkanal 60A mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung steht, während er von der Außenluft getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Abzweigkanal 60A vom Detektionszielbereich 30a getrennt ist, während er mit der Außenluft in Verbindung steht, umschaltet. Insbesondere wird der erste Zustand umgesetzt, wenn das Dreiwegeventil 62a die Verbindung nur zwischen dem Abzweigkanal 60A und dem Bereich des Hauptkanals 60m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 62a bereitstellt und den Bereich des Hauptkanals 60m auf der nachgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 62a von diesem Bereich auf der vorgelagerten Seite und dem Abzweigkanal 60A trennt. Der zweite Zustand wird umgesetzt, wenn das Dreiwegeventil 62a die Verbindung nur zwischen dem Abzweigkanal 60A und dem Bereich des Hauptkanals 60m auf der nachgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 62a bereitstellt und den Bereich des Hauptkanals 60m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 62a von diesem Bereich auf der nachgelagerten Seite und dem Abzweigkanal 60A trennt.
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Im vierten modifizierten Beispiel wird das Brennstoffzellensystem auch in den ersten Zustand gesteuert, wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird. Im ersten Zustand stehen der Abzweigkanal 60A und der Detektionszielbereich 30a miteinander durch den Bereich des Hauptkanals 60m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 62a in Verbindung, so dass der Druck im Abzweigkanal 60A gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a ist. Somit kann der Drucksensor 42 den Druck im Detektionszielbereich 30a durch den Abzweigkanal 60A usw. detektieren.
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Beim Steuern der Wiederherstellung wird das Brennstoffzellensystem in den zweiten Zustand umgeschaltet. Daher wird das Brenngas im Abzweigkanal 60A durch den Hauptkanal 60m in die Außenluft in einem Zustand abgeleitet, in dem der Detektionszielbereich 30a und der Abzweigkanal 60A voneinander getrennt sind. Somit wird das Innere des Abzweigkanals 60A druckentlastet. In dieser Ausgestaltung kann auch die Peripherie des Drucksensors 42 druckentlastet werden.
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Die 12C ist eine Ansicht, die eine Brenngas-Versorgungsleitung eines Brennstoffzellensystems 1b' in einem fünften modifizierten Beispiel veranschaulicht. Die Ausgestaltung des fünften modifizierten Beispiels ist ähnlich der des zweiten modifizierten Beispiels, das oben beschrieben worden ist, unterscheidet sich jedoch darin, dass ein Dreiwegeventil 72a anstelle des vorgelagerten Absperrventils 72 und des nachgelagerten Absperrventils 73 bereitgestellt wird und dass ein Bypasskanal 70' anstelle des Bypasskanals 70 bereitgestellt wird. Der Bypasskanal 70' weist einen Hauptkanal 70m, der die Verbindung zwischen dem Detektionszielbereich 30a und dem nachgelagerten Bereich 30b bereitstellt und in dem das Druckreduzierventil 74 und das Einspritzventil 76 wie oben beschrieben bereitgestellt werden, und einen Abzweigkanal 70A, der an einem Punkt im Hauptkanal 70m abzweigt, der weiter auf der vorgelagerten Seite als das Druckreduzierventil 74 liegt und dessen anderes Ende geschlossen ist, auf. Der Drucksensor 42 wird im Abzweigkanal 70A bereitgestellt und detektiert den Druck im Abzweigkanal 70A. Das Dreiwegeventil 72a wird an dem Punkt bereitgestellt, an dem der Abzweigkanal 70A vom Hauptkanal 70m abzweigt. Das Dreiwegeventil 72a wird von der Steuereinheit 100b' gesteuert.
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Das Dreiwegeventil 72a ist ein Beispiel für den „Umschaltmechanismus“, der zwischen einem ersten Zustand, in dem der Abzweigkanal 70A mit dem Detektionszielbereich 30a in Verbindung steht, während er vom nachgelagerten Bereich 30b getrennt ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Abzweigkanal 70A vom Detektionszielbereich 30a getrennt ist, während er mit dem nachgelagerten Bereich 30b in Verbindung steht, umschaltet. Insbesondere wird der erste Zustand umgesetzt, wenn das Dreiwegeventil 72a die Verbindung nur zwischen dem Abzweigkanal 70A und dem Bereich des Hauptkanals 70m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 72a bereitstellt und den Bereich des Hauptkanals 70m auf der nachgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 72a von diesem Bereich auf der vorgelagerten Seite und dem Abzweigkanal 70A trennt. Der zweite Zustand wird umgesetzt, wenn das Dreiwegeventil 72a die Verbindung nur zwischen dem Abzweigkanal 70A und dem Bereich des Hauptkanals 70m auf der nachgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 72a bereitstellt und den Bereich des Hauptkanals 70m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 72a von diesem Bereich auf der nachgelagerten Seite und dem Abzweigkanal 70A trennt.
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Im fünften modifizierten Beispiel wird das Brennstoffzellensystem auch in den ersten Zustand gesteuert, wenn das Steuern der Wiederherstellung nicht ausgeführt wird. Im ersten Zustand stehen der Abzweigkanal 70A und der Detektionszielbereich 30a miteinander durch den Bereich des Hauptkanals 70m auf der vorgelagerten Seite vom Dreiwegeventil 72a in Verbindung, so dass der Druck im Abzweigkanal 70A gleich dem Druck im Detektionszielbereich 30a ist. Somit kann der Drucksensor 42 den Druck im Detektionszielbereich 30a durch den Abzweigkanal 70A usw. detektieren.
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Beim Steuern der Wiederherstellung wird das Brennstoffzellensystem in den zweiten Zustand umgeschaltet und der Brennstoff wird vom Einspritzventil 76 eingespritzt. Daher wird das Brenngas im Abzweigkanal 70A an die Brennstoffzelle 10 in einem Zustand geliefert, in dem der Detektionszielbereich 30a und der Abzweigkanal 70A voneinander getrennt sind. Somit wird das Innere des Abzweigkanals 70A druckentlastet. In dieser Ausgestaltung kann auch die Peripherie des Drucksensors 42 druckentlastet werden.
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Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben ausführlich beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifische Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können daran innerhalb des Schutzbereichs der Kernaussage der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung vorgenommen werden.
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Der Drucksensor 42 ist nicht auf den oben beschriebenen Drucksensor beschränkt, der auf dem Widerstand des Dehnungsmessstreifens basiert, und kann irgendein Drucksensor sein, der aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist, in dem Komponenten des Brenngases fest gelöst werden können, und der aufgrund der festen Lösung einen zunehmenden Detektionsfehler aufweist. Zum Beispiel kann der Drucksensor 42 irgendeiner der Folgenden sein, ein piezoresistiver Halbleiter-Drucksensor, ein elektrischer Kapazitäts-Drucksensor und ein resonanter Silicium-Drucksensor.
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In der oben genannten Ausführungsform und den modifizierten Beispielen wird das Heizelement 42h im Inneren des Drucksensors 42 bereitgestellt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zum Beispiel kann eine Heizeinheit auf einer Außenseite des Drucksensors 42 angeordnet sein, und der Metallwerkstoff des Drucksensors 42 kann von der Außenseite des Drucksensors 42 beheizt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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