DE102019102038A1

DE102019102038A1 - Prüfverfahren für brennstoffzelle und prüfsystem dafür

Info

Publication number: DE102019102038A1
Application number: DE102019102038.7A
Authority: DE
Inventors: Kei ENOMOTO; Toshiyuki TONUMA; Shinya Sano; Kento IDA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-08-14
Also published as: CN110165254A; JP7062993B2; JP2019139987A; US20190252703A1; CN110165254B; US10930954B2

Abstract

In einem Prüfverfahren zum Prüfen des Auftretens einer Verformung in einer Brennstoffzelle (15) wird ein Änderungsbetrag zwischen einem Druckverlustparameterwert vor einem Aufprall und einem Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall ermittelt, und wenn der Änderungsbetrag ein im Voraus bestimmter Referenzwert oder größer ist, wird bestimmt, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) auftritt. Es wird bestimmt, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls in wenigstens einem von zwei Fällen auftritt, dem Fall, dass der Änderungsbetrag eines ersten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert in einem Gasweg (74, 75) ist, ein erster Referenzwert oder größer ist, und dem Fall, dass der Änderungsbetrag eines zweiten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert in einem Kältemittelweg (77) ist, ein zweiter Referenzwert oder größer ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren für eine Brennstoffzelle und ein Prüfverfahren dafür.
Beschreibung verwandter Technik
Wenn ein Aufprall auf eine Brennstoffzelle aufgebracht wird, verformt sich die Brennstoffzelle, so dass es zu einer Verringerung der Leistungserzeugungs-Performance und dergleichen kommen kann. Als ein Verfahren zum Detektieren einer Verformung oder dergleichen einer Brennstoffzelle, die durch einen Aufprall verursacht wird, ist herkömmlicherweise ein Verfahren vorgeschlagen worden, das Auftreten einer Abweichung in der Schichtung auf eine derartige Art und Weise zu prüfen, dass eine Markierung, die in einer Schichtungsrichtung verläuft, auf einer Seitenfläche eines Brennstoffzellenstapels bereitgestellt wird, ein Schlitz in einem Stapelgehäuse bereitgestellt wird, in dem der Brennstoffzellenstapel aufgenommen ist, und eine Form der Markierung optisch von außen durch den Schlitz zu sehen ist (siehe z. B. die japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung 2009-266537 ( JP 2009-266537 A )).
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Allerdings sind im Allgemeinen verschiedene Einrichtungen und dergleichen, einschließlich Rohre zum Zuführen/Abführen eines Reaktantgases und eines Kältemittels in Bezug auf die Brennstoffzelle, um die Brennstoffzelle platziert. Dies macht es dementsprechend schwierig, die Markierung, die auf dem Brennstoffzellenstapel innerhalb des Stapelgehäuses bereitgestellt ist, von außerhalb des Stapelgehäuses zu betrachten, ohne die Einrichtungen und dergleichen, einschließlich der Rohre, zu entfernen. Aus diesem Grunde ist eine Technik erwünscht, eine aufgrund eines Aufpralls bewirkte Verformung der Brennstoffzelle einfacher zu detektieren.
(1) Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren, um das Auftreten einer Verformung in einer Brennstoffzelle zu prüfen, die durch Schichten von mehreren einzelnen Zellen gebildet ist und die einen Gasweg, durch den ein Reaktantgas strömt, und einen Kältemittelweg, durch den ein Kältemittel strömt, umfasst. Der Gasweg und der Kältemittelweg werden jeweils im Inneren der Brennstoffzelle als ein Fluidweg bereitgestellt, durch den ein Fluid parallel zu einer Schichtungsebene der Brennstoffzelle strömt. Das Prüfverfahren umfasst Folgendes: einen Druckverlustparameterwert, bevor ein Aufprall auf die Brennstoffzelle aufbracht wird, und einen Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht wird, als einen Druckverlustparameterwert zu erfassen, der mit einem Druckverlust in dem im Inneren der Brennstoffzelle bereitgestellten Fluidweg korreliert, wobei der Druckverlustparameterwert ermittelt wird, wenn das Fluid mit einer im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird; einen Änderungsbetrag zwischen dem erfassten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall und dem erfassten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall zu ermitteln; und zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgetreten ist, wenn der Änderungsbetrag, der eine Zunahme des Druckverlusts angibt, ein im Voraus bestimmter Referenzwert oder größer ist. In wenigstens einem der folgenden Fälle wird bestimmt, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls aufgetreten ist: einem Fall, in dem der Änderungsbetrag eines ersten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Gasweg ist, ein erster Referenzwert oder größer ist; und einem Fall, in dem der Änderungsbetrag eines zweiten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg ist, ein zweiter Referenzwert oder größer ist. In dem Prüfverfahren dieses Aspekts wird eine Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgrund eines Aufpralls auf Basis des Änderungsbetrags vom Druckverlustparameterwert, bevor der Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht worden ist, zum Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht worden ist, bestimmt. Aus diesem Grund ist es durch ein einfaches und unkompliziertes Verfahren, bei dem der Änderungsbetrag des Druckverlustparameterwerts ermittelt wird, indem ein Fluid in einen Fluidweg im Inneren der Brennstoffzelle eingebracht wird und der Änderungsbetrag mit dem Referenzwert verglichen wird, möglich zu bestimmen, dass eine Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls aufgetreten ist. Da die Bestimmung des Weiteren durch Verwenden des ersten Druckverlustparameterwerts im Gasweg und des zweiten Druckverlustparameterwerts im Kältemittelweg durchgeführt wird, ist es möglich, eine Bestimmung zu einer Verformung, die aufgrund eines Aufpralls in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen aufgetreten ist, und eine Bestimmung zu einer Verformung, die aufgrund eines Aufpralls in einer orthogonalen Richtung aufgetreten ist, die orthogonal zur Schichtungsrichtung ist, durchzuführen.
(2) Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, kann bestimmt werden, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen aufgetreten ist. Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, kann bestimmt werden, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgrund eines Aufpralls in einer orthogonalen Richtung, die orthogonal zur Schichtungsrichtung ist, aufgetreten ist. Mit einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, geeignet zu bestimmen, ob eine Verformung in der Brennstoffzelle auftritt oder nicht.
(3) Das Prüfverfahren kann des Weiteren umfassen, eine Richtung des Aufpralls zu erfassen, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht worden ist. Für den Fall, dass die Richtung des Aufpralls die Schichtungsrichtung ist, kann bestimmt werden, ob der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist oder nicht. Für den Fall, dass die Richtung des Aufpralls die orthogonale Richtung ist, kann bestimmt werden, ob der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist oder nicht. Mit einer solchen Ausgestaltung ist es möglich, gemäß der Richtung des Aufpralls geeignet zu bestimmen, ob eine Verformung in der Brennstoffzelle auftritt oder nicht.
(4) Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, kann bestimmt werden, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen aufgetreten ist. Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, kann bestimmt werden, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer orthogonalen Richtung, die orthogonal zur Schichtungsrichtung ist, aufgetreten ist. Sogar falls die Richtung des Aufpralls nicht im Voraus erfasst wird, ist es mit einer derartigen Ausgestaltung möglich zu bestimmen, ob eine Verformung in der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls auftritt oder nicht, und die Richtung des Aufpralls zu ermitteln.
(5) Eine Brenngaszufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Brenngases einzustellen, das der Brennstoffzelle zugeführt werden soll, und die ein Einspritzventil und eine Brenngaspumpe umfasst, kann mit der Brennstoffzelle verbunden sein. Das Einspritzventil ist dazu ausgelegt, das Brenngas in einen Brenngaszufuhrweg abzuführen, über den das Brenngas der Brennstoffzelle zugeführt wird, und eine Menge des Brenngases, das dem Brenngaszufuhrweg zugeführt werden soll, auf Basis eines Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils einzustellen. Die Brenngaspumpe wird in einem Umlaufweg bereitgestellt, über den ein Brennstoffabgas, das aus der Brennstoffzelle abgeführt wird, zum Brenngaszufuhrweg zurückgeführt wird. Der erste Druckverlustparameterwert kann wenigstens einen der folgenden Werte umfassen: einen Wert einer elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Brenngases in einem Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine erste Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszuführeinrichtung enthalten sind, außer bei der Brenngaspumpe konstant sind; einen Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils, wenn die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine zweite Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Einspritzventil konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Brenngases, das tatsächlich durch den Brenngasweg strömt, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, wenn die Brenngaszufuhreinrichtung, welche die Brenngaspumpe und das Einspritzventil umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg eine dritte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Mit dem Prüfverfahren des Aspekts ist es möglich, die Verformung der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung durch Verwenden wenigstens eines der Werte zu detektieren, dem Wert der elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe verwendet wird, dem Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses im Einspritzventil und dem Wert der Durchflussrate des Brenngases, das tatsächlich durch den Brenngasweg strömt, wenn die Brenngaszufuhreinrichtung auf den Sollwert angetrieben wird.
(6) Eine Oxidationsgaszufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Oxidationsgases einzustellen, das der Brennstoffzelle zugeführt werden soll, und die einen Verdichter und ein Steuerventil umfasst, kann mit der Brennstoffzelle verbunden sein. Der Verdichter ist dazu ausgelegt, das Oxidationsgas in einen Oxidationsgaszufuhrweg abzuführen, über den das Oxidationsgas der Brennstoffzelle zugeführt wird. Das Steuerventil ist dazu ausgelegt, eine Durchflusswegfläche eines Oxidationsgasabführweges einzustellen, durch den ein Oxidationsabgas strömt, das aus der Brennstoffzelle abgeführt wird. Der erste Druckverlustparameterwert kann wenigstens einen der folgenden Werte umfassen: einen Wert einer elektrischen Leistung, die vom Verdichter verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases in einem Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine vierte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Verdichter konstant sind; einen Wert eines Öffnungsgrads des Steuerventils, wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine fünfte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Steuerventil konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases, das tatsächlich durch den Oxidationsgasweg strömt, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, wenn die Oxidationsgaszufuhreinrichtung, die den Verdichter und das Steuerventil umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg eine sechsten Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Mit dem Prüfverfahren des Aspekts ist es möglich, die Verformung der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung durch Verwenden wenigstens eines der Werte zu detektieren, dem Wert der elektrischen Leistung, die vom Verdichter verwendet wird, dem Wert des Öffnungsgrads des Steuerventils und dem Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases, das tatsächlich durch den Oxidationsgasweg strömt, wenn die Oxidationsgaszufuhreinrichtung auf den Sollwert angetrieben wird.
(7) Eine Kältemittelzufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Kältemittels einzustellen, das dem Kältemittelweg zugeführt werden soll, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, und die eine Kältemittelpumpe umfasst, kann mit der Brennstoffzelle verbunden sein. Die Kältemittelpumpe ist dazu ausgelegt, eine Antriebskraft zu erzeugen, um zu bewirken, dass das Kältemittel durch den Kältemittelweg strömt. Der zweite Druckverlustparameterwert kann wenigstens einen der folgenden Werte umfassen: einen Wert einer elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine siebte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Kältemittelzufuhreinrichtung enthalten sind, außer bei der Kältemittelpumpe konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Kältemittels, das tatsächlich durch den Kältemittelweg strömt, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, wenn die Kältemittelzufuhreinrichtung, welche die Kältemittelpumpe umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg eine achte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Mit dem Prüfverfahren des Aspekts ist es möglich, die Verformung der Brennstoffzelle aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung durch Verwenden wenigstens eines der Werte zu detektieren, dem Wert der elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe verwendet wird, und dem Wert der Durchflussrate des Kältemittels, das tatsächlich durch den Kältemittelweg strömt, wenn die Kältemittelzufuhreinrichtung auf den Sollwert angetrieben wird.
Die Erfindung ist in anderen verschiedenen Formen als die oben genannten Aspekte ausführbar. Zum Beispiel ist die Erfindung in der Form eines Prüfsystems zum Prüfen des Auftretens einer Verformung einer Brennstoffzelle aufgrund eines Aufpralls ausführbar, wie nachstehend beschrieben wird.
(8) Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Prüfsystem, um das Auftreten einer Verformung in einer Brennstoffzelle zu prüfen, die durch Schichten von mehreren einzelnen Zellen gebildet ist und die einen Gasweg, durch den ein Reaktantgas strömt, und einen Kältemittelweg, durch den ein Kältemittel strömt, umfasst. Der Gasweg und der Kältemittelweg werden jeweils im Inneren der Brennstoffzelle als ein Fluidweg bereitgestellt, durch den ein Fluid parallel zu einer Schichtungsebene strömt. Das Prüfsystem umfasst einen Speicherteil, einen Detektionsteil, einen Herleitungsteil und einen Bestimmungsteil. Der Speicherteil ist dazu ausgelegt, bevor ein Aufprall auf die Brennstoffzelle aufbracht wird, einen Druckverlustparameterwert als einen Druckverlustparameterwert zu speichern, der mit einem Druckverlust in dem im Inneren der Brennstoffzelle bereitgestellten Fluidweg korreliert, wobei der Druckverlustparameterwert ermittelt wird, wenn das Fluid mit einer im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird. Der Detektionsteil ist dazu ausgelegt, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht worden ist, den Druckverlustparameterwert zu detektieren, der ermittelt wird, wenn das Fluid mit der im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird. Der Herleitungsteil ist dazu ausgelegt, einen Änderungsbetrag zwischen dem Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall, der im Speicherteil gespeichert ist, und dem Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall, der vom Detektionsteil detektiert wird, herzuleiten. Der Bestimmungsteil ist dazu ausgelegt, zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgetreten ist, wenn der Änderungsbetrag, der eine Zunahme des Druckverlusts angibt, ein im Voraus bestimmter Referenzwert oder größer ist. Der Bestimmungsteil ist dazu ausgelegt, zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle aufgetreten ist, in wenigstens einem der folgenden Fälle: den Fall, dass dem der Änderungsbetrag eines ersten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Gasweg ist, ein erster Referenzwert oder größer ist; und den Fall, dass der Änderungsbetrag eines zweiten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg ist, ein zweiter Referenzwert oder größer ist.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und worin gilt:

1 ist eine erläuternde Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems veranschaulicht;
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Umriss einer Konfiguration einer einzelnen Zelle veranschaulicht;
3 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand eines Schnitts entlang einer Linie III-III in der 2 veranschaulicht;
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle veranschaulicht;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand der Brennstoffzelle veranschaulicht, die einen Aufprall in einer Schichtungsrichtung empfangen hat;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand der Brennstoffzelle veranschaulicht, die einen Aufprall in einer orthogonalen Richtung empfangen hat;
8A ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem einzelne Zellen einander benachbart sind, bevor ein Aufprall aufgebracht wird;
8B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem einzelne Zellen einander benachbart sind, nachdem ein Aufprall aufgebracht worden ist;
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht;
10 ist eine erläuternde Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems veranschaulicht; und
11 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform:
Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems:
Die 1 ist eine erläuternde Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems 10 als die erste Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Elektrofahrzeug bereitgestellt, um als eine Antriebsleistungsversorgung verwendet zu werden. Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsformen umfasst eine Brennstoffzelle 15, ein Brenngassystem 20, ein Oxidationsgassystem 30, ein Kältemittelsystem 60 und einen Steuerungsteil 50.
Die Brennstoffzelle 15 ist eine Feststoffpolymer-Brennstoffzelle, kann jedoch andere Typen von Brennstoffzellen sein, wie zum Beispiel eine Festoxidbrennstoffzelle. Die Brennstoffzelle 15 weist eine Stapelstruktur auf, in der mehrere einzelne Zellen 70 jeweils als ein Leistungserzeugungskörper gestapelt sind und die dazu ausgelegt sind, elektrische Leistung zu erzeugen, indem die Zufuhr eines Brenngases, das Wasserstoff enthält, und eines Oxidationsgases, das Sauerstoff enthält, empfangen wird.
Die 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Umriss einer Ausgestaltung der einzelnen Zelle 70 veranschaulicht. Des Weiteren ist die 3 eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand eines Schnitts entlang einer Linie III - III in der 2 veranschaulicht. In der folgenden Beschreibung wird die Ausgestaltung der einzelnen Zelle 70 auf Basis der 2 und 3 beschrieben. Die einzelne Zelle 70 umfasst ein Paar Gasabscheider 80, 81, eine Membranelektroden-Gasdiffusionsschicht-Anordnung (Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly, MEGA) 91, die zwischen den Gasabscheidern 80, 81 platziert ist, und einen Harzrahmen 82, der zwischen den Gasabscheidern 80, 81 bereitgestellt ist und außerhalb der MEGA 91 platziert ist, um so Kontakt mit der äußeren Peripherie der MEGA 91 herzustellen.
Wie in der 3 veranschaulicht wird, umfasst die MEGA 91 eine Elektrolytschicht 84, eine Anode 85 und eine Kathode 86. Eine Struktur, in der die Anode 85, die Elektrolytschicht 84 und die Kathode 86 in dieser Reihenfolge geschichtet sind, wird auch als eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 90 bezeichnet. In der MEGA 91 ist des Weiteren eine Gasdiffusionsschicht 87 auf der Anode 85 platziert, und eine Gasdiffusionsschicht 88 ist des Weiteren auf der Kathode 86 platziert. Die Elektrolytschicht 84 ist eine protonenleitende Ionenaustauschmembran, die aus einem Polymer-Elektrolyt-Material, z. B. fluoriertem Harz, hergestellt ist und die in einem nassen Zustand eine gute Protonenleitfähigkeit aufweist. Die Anode 85 und die Kathode 86 werden zum Beispiel so gebildet, dass die leitfähigen Partikel, die einen Katalysator, wie zum Beispiel Platin oder eine Platinlegierung, führen, z. B. Kohlenstoffpartikel, mit einem Polymer-Elektrolyt, der Protonenleitfähigkeit aufweist, überzogen sind. Die Gasdiffusionsschichten 87, 88 werden jeweils durch ein Element gebildet, das Gasdurchlässigkeit und elektronische Leitfähigkeit aufweist, und können aus einem Metallelement, wie zum Beispiel einem Schaummetall oder Metallgeflecht, oder einem Kohlenstoffelement, wie zum Beispiel Kohlegewebe oder Kohlepapier, hergestellt sein.
Die Gasabscheider 80, 81 sind jeweils aus einem gasundurchlässigen leitfähigen Element hergestellt, z. B. einem Kohlenstoffelement, wie zum Beispiel dichtem Kohlenstoff, das durch Verdichten von Kohlenstoff gewonnen wird, um so Gasundurchlässigkeit zu erreichen, oder einem Metallelement, wie zum Beispiel Edelstahl, das durch Formpressen gewonnen wird. Wie in der 3 veranschaulicht wird, weisen die Gasabscheider 80, 81 eine unregelmäßige Form auf, um so Kanäle zu bilden, durch die das Reaktantgas für elektrochemische Reaktionen strömt. Ein Brenngasweg 74 im Inneren der Zelle, durch den ein Brenngas strömt, das Wasserstoff enthält, ist zwischen dem Gasabscheider 80 und der MEA 90 gebildet, und ein Oxidationsgasweg 75 im Innern der Zelle, durch den ein Oxidationsgas strömt, das Sauerstoff enthält, ist zwischen dem Gasabscheider 81 und der MEA 90 gebildet. Der Brenngasweg 74 im Inneren der Zelle und der Oxidationsgasweg 75 im Innern der Zelle sind Fluidkanäle, durch die ein Fluid parallel zu einer Schichtungsebene der einzelnen Zellen 70 strömt (auch einfach als die Schichtungsebene bezeichnet). Es sei angemerkt, dass in der 2 die unregelmäßigen Formen der Gasabscheider 80, 81 entfallen. Das Brenngas und das Oxidationsgas können auch einfach als ein Reaktionsgas bezeichnet werden.
Der Harzrahmen 82 wird in einer Rahmenform durch Verwenden von thermoplastischem Harz geformt, und eine Öffnung in der Mitte des Harzrahmens 82 ist ein Halterungsbereich für die MEGA 91. Wie in der 2 veranschaulicht wird, wird der Harzrahmen 82 mit mehreren Schlitzteilen 83 bereitgestellt, jedoch werden die Schlitzteile 83 später genauer beschrieben. Wie in der 3 veranschaulicht wird, ist in der MEGA 91 ein freiliegender Bereich, der nicht mit der Kathode 86 und der Gasdiffusionsschicht 88 abgedeckt ist, in einem Randteil der Elektrolytschicht 84 gebildet, und die Elektrolytschicht 84 ist im freiliegenden Bereich mit dem Harzrahmen 82 über eine Klebeschicht 89 zusammengefügt. Es sei angemerkt, dass der Harzrahmen 82 in der vorliegenden Ausführungsform mit den Gasabscheidern 80, 81 durch Verwenden eines Klebemittels und dergleichen verklebt ist. Dass zwei geschichtete Elemente miteinander verklebt sind, gibt hier an, dass eine Klebeschicht mit einem Klebemittel zwischen den beiden Elementen bereitgestellt wird oder dass wenigstens eines der Elemente (der Harzrahmen 82 in der vorliegenden Ausführungsform) ein Klebemittel enthält, so dass eine chemische Verbindung (eine kovalente Bindung oder eine Wasserstoffbrückenbindung) auf einer Schichtungsebene zwischen den beiden Elementen gebildet wird und die beiden Elemente dadurch fest aneinander befestigt werden.
Die Gasabscheider 80, 81 und der Harzrahmen 82 werden mit den Verteillöchern 71a bis 73a und 71b bis 73b zum Bilden von Verteilern so bereitgestellt, dass die Verteillöcher 71a bis 73a und 71b bis 73b in der Nähe der jeweiligen äußeren Peripherie der Gasabscheider 80, 81 und des Harzrahmens 82 an Positionen platziert sind, die einander in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen 70 überlappen. Die Verteiler sind Kanäle, die so durch die Gasabscheider 80, 81 und den Harzrahmen 82 dringen, dass das Reaktantgas oder ein Kältemittel hindurch strömt. Die Verteillöcher 71a, 71b und der Oxidationsgasweg 75 im Inneren der Zelle bilden Kanäle zum Zuführen und Abführen des Oxidationsgases. Die Verteillöcher 73a, 73b und der Brenngasweg 74 im Inneren der Zelle bilden Kanäle zum Zuführen und Abführen des Brenngases. Des Weiteren bilden die Verteillöcher 72a, 72b und ein Kältemittelweg 77 (siehe die 8A), die zwischen den einzelnen Zellen 70 gebildet sind, Kanäle zum Zuführen und Abführen eines Kältemittels. Der Kältemittelweg 77 wird auch als ein Zwischen-Zellen-Kältemittelweg 77 bezeichnet.
In der Nachbarschaft der Verteillöcher 71a, 71b, 73a, 73b wird der Harzrahmen 82 mit den Schlitzteilen 83 bereitgestellt, die jeweils mehrere längliche Schlitze umfassen, die sich von einem entsprechenden Verteilloch in Richtung der äußeren Peripherie der MEGA 91 erstrecken. Die Schlitze, welche die Schlitzteile 83 bilden, dringen durch den Harzrahmen 82. Wenn der Harzrahmen 82 zwischen den Gasabscheidern 80, 81 schichtweise angeordnet ist, überlappt ein Ende der Schlitze ihre benachbarten Verteiler in der Schichtungsrichtung (kommuniziert mit ihnen). Jeder der Schlitzteile 83 ermöglicht, dass sein benachbarter Verteiler mit einem entsprechenden der Gaskanäle 74, 75 im Inneren der Zelle kommuniziert. Es sei angemerkt, dass jeder der Verteiler mit seinem entsprechenden Gasweg 74, 75 im Inneren der Zelle über eine Struktur kommunizieren kann, die im Harzrahmen 82 bereitgestellt ist, anders als der Schlitzteil 83.
Eine Dichtung 76 ist mit einer Rückfläche des Gasabscheiders 81 auf der gegenüberliegenden Seite einer Oberfläche verklebt, die den Kontakt mit der MEGA 91 herstellt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Brennstoffzelle 15 zusammengefügt wird, werden die einzelnen Zellen 70, wie in der 3 veranschaulicht, geschichtet, und alle einzelnen Zellen 70 werden befestigt, während darauf eine Befestigungslast in der Schichtungsrichtung aufgebracht wird. In der so ausgelegten Brennstoffzelle 15 wird der Kältemittelweg 77 zwischen benachbarten einzelnen Zellen 70 gebildet, wie oben beschrieben wird. Die Dichtung 76 dichtet den Kältemittelweg 77 ab, indem sie Kontakt mit dem Gasabscheider 80 seiner benachbarten einzelnen Zelle 70 herstellt.
Mit Rückbezug auf die 1: das Brenngassystem 20 umfasst einen Wasserstofftank 21, einen Brenngaszufuhrweg 22, einen Brenngasabführweg 23, einen Brenngasumlaufweg 24, ein einstellbares Druckregelventil 40, ein Einspritzventil 42, einen Gas-/Flüssigkeitsabscheider 45, eine Brenngaspumpe 44 und einen Durchflussmesser 26. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Brenngaszufuhreinrichtung zum Einstellen der Durchflussrate des Brenngases, das der Brennstoffzelle 15 zugeführt werden soll, die Brenngaspumpe 44 und das Einspritzventil 42. Der Wasserstofftank 21 ist eine Lagereinrichtung, in der ein Wasserstoffgas als das Brenngas gelagert wird. Das im Wasserstofftank 21 gelagerte Wasserstoffgas wird mit dem einstellbaren Druckregelventil 40 druckentlastet und dem Brenngaszufuhrweg 22, der mit dem Brenngasweg 74 im Inneren der Zelle der Brennstoffzelle 15 verbunden ist, über das Einspritzventil 42 zugeführt. Eine Menge des Brenngases, das dem Brenngaszufuhrweg 22 zugeführt werden soll, kann durch einen Wert eines Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils 42 eingestellt werden. Als ein Ergebnis kann eine Durchflussrate des Brenngases, das durch die Brennstoffzelle 15 strömt, geändert werden.
Der Brenngasabführweg 23 ist ein Weg, durch den ein Brennstoffabgas aus der Brennstoffzelle 15 abgeführt wird. Der Brenngasumlaufweg 24 ist mit dem Brenngasabführweg 23 und einem Teil des Brenngaszufuhrweges 22 auf der nachgelagerten Seite vom Einspritzventil 42 verbunden, und der Brenngasumlaufweg 24 führt das Brennstoffabgas zum Brenngaszufuhrweg 22 zurück. Das heißt, das aus der Brennstoffzelle 15 zum Brenngasabführweg 23 abgeführte Brennstoffabgas wird über den Brenngasumlaufweg 24 wieder zum Brenngaszufuhrweg 22 geführt. Während der Wasserstoff im Brenngas zur Leistungserzeugung verwendet wird, läuft aus diesem Grund das Brenngas im Brennstoffzellensystem 10 durch den Brenngasabführweg 23, den Brenngasumlaufweg 24, einen Teil des Brenngaszufuhrweges 22 und einen Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist. Der Brenngasweg umfasst den Brenngasweg 74 im Inneren der Zelle. Die Brenngaspumpe 44, die dazu ausgelegt ist, eine Antriebskraft zu erzeugen, um zu bewirken, dass das Brennstoffabgas in den Brenngaszufuhrweg 22 strömt, wird im Brenngasumlaufweg 24 bereitgestellt. Die Durchflussrate des Brenngases, das durch die Brennstoffzelle 15 strömt, kann auf Basis der Antriebsmenge (der Rotationsgeschwindigkeit eines Motors, der die Pumpe 44 antreibt) der Brenngaspumpe 44 geändert werden. Des Weiteren wird der Durchflussmesser 26, der dazu ausgelegt ist, die Durchflussrate des Brenngases, das durch den Weg umläuft, zu detektieren, im Brenngasabführweg 23 bereitgestellt. Der Durchflussmesser 26 kann verwendet werden, um die Durchflussrate des Brenngases in der Brennstoffzelle 15 zu erfassen.
Der Gas-/Flüssigkeitsabscheider 45 wird in einem Verbindungsteil zwischen dem Brenngasabführweg 23 und dem Brenngasumlaufweg 24 bereitgestellt. Das Brennstoffabgas enthält Verunreinigungen, wie zum Beispiel Stickstoff und Dampf, zusätzlich zu dem Wasserstoff, der nicht zur Leistungserzeugung verwendet worden ist. Der Gas-/Flüssigkeitsabscheider 45 trennt Wasser von Gas (Wasserstoff, Stickstoff und so weiter) im Brennstoffabgas. Ein Brenngasaustrittsweg 25, der ein Spülventil 46 umfasst, ist mit dem Gas-/Flüssigkeitsabscheider 45 verbunden, und wenn das Spülventil 46 geöffnet ist, werden Wasser und Gas vom Gas-/Flüssigkeitsabscheider 45 abgeführt.
Das Oxidationsgassystem 30 umfasst einen Luftverdichter 31, einen Oxidationsgaszufuhrweg 32, einen Oxidationsgasabführweg 33, einen Durchflussmesser 36 und ein Steuerventil 39. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Oxidationsgaszufuhreinrichtung zum Einstellen der Durchflussrate des Oxidationsgases, das der Brennstoffzelle 15 zugeführt werden soll, den Luftverdichter 31 und das Steuerventil 39. Das Brennstoffzellensystem 10 der vorliegenden Ausführungsform verwendet Luft als das Oxidationsgas. Der Luftverdichter 31 ist eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Luft zu verdichten und die Luft über den Oxidationsgaszufuhrweg 32 in Richtung des Oxidationsgasweges im Inneren der Zelle der Brennstoffzelle 15 abzuführen. Die Durchflussrate des Oxidationsgases, das durch die Brennstoffzelle 15 strömt, kann auf Basis der Antriebsmenge (der Rotationsgeschwindigkeit eines Motors, der den Luftverdichter 31 antreibt) des Luftverdichters 31 geändert werden. Ein Oxidationsabgas, das aus der Brennstoffzelle 15 abgeführt wird, wird außerhalb des Brennstoffzellensystems 10 über den Oxidationsgasabführweg 33 abgeführt. Der Oxidationsgasabführweg 33 wird mit dem Steuerventil 39 bereitgestellt, das dazu ausgelegt ist, den Grad der Durchflusswegfläche des Oxidationsgasabführweges 33 einzustellen. Der Druck (Gegendruck) und die Durchflussrate des Oxidationsgases in einem Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, kann durch Einstellen eines Öffnungsgrads des Steuerventils 39 geändert werden. Der Oxidationsgasweg umfasst den Oxidationsgasweg 75 im Inneren der Zelle. Der Durchflussmesser 36, der auf der vorgelagerten Seite vom Steuerventil 39 im Oxidationsgasabführweg 33 bereitgestellt wird, kann verwendet werden, um die Durchflussrate des Oxidationsgases in der Brennstoffzelle 15 zu erfassen.
Das Kältemittelsystem 60 umfasst einen Kühler 61, eine Kältemittelpumpe 62, einen Durchflussmesser 63 und einen Kältemittelzufuhrweg 64. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Kältemittelzufuhreinrichtung zum Einstellen der Durchflussrate des Kältemittels, das der Brennstoffzelle 15 zugeführt werden soll, die Kältemittelpumpe 62. Das Kältemittelsystem 60 kann ein Drehventil umfassen, das zwischen einem Weg, in dem das Kältemittel durch den Kühler 61 strömt, und einem Weg (Bypassweg), in dem das Kältemittel nicht durch den Kühler 61 strömt, umschaltet. Das Drehventil kann zwischen dem Fall, dass das Kältemittel nicht in den Bypassweg strömt und durch den Kühler 61 strömt, und dem Fall, dass das Kältemittel in den Bypassweg strömt und nicht durch den Kühler 61 strömt, umschalten. Eine Menge des Kältemittels, das im Bypassweg strömt, und eine Menge des Kältemittels, das durch den Kühler 61 strömt, können durch Einstellen einer Antriebsmenge des Drehventils eingestellt werden. Der Kältemittelzufuhrweg 64 ist ein Weg, der den Kühler 61 mit dem Kältemittelweg 77 in der Brennstoffzelle 15 verbindet und dazu ausgelegt ist, das Kältemittel zwischen dem Kühler 61 und der Brennstoffzelle 15 umlaufen zu lassen. Der Kühler 61 kühlt das Kältemittel herunter, das durch den Kältemittelzufuhrweg 64 strömt. Die Kältemittelpumpe 62 erzeugt eine Antriebskraft, um zu bewirken, dass das Kältemittel durch den Kältemittelzuführweg 64 strömt. Die Durchflussrate des Kältemittels, das durch die Brennstoffzelle 15 strömt, kann auf Basis der Antriebsmenge (der Rotationsgeschwindigkeit eines Motors, der die Kältemittelpumpe 62 antreibt) der Kältemittelpumpe 62 geändert werden. Der Durchflussmesser 63 kann verwendet werden, um die Durchflussrate des Kältemittels in der Brennstoffzelle 15 zu erfassen.
Der Steuerteil 50 wird als eine Logikschaltung gebildet, die hauptsächlich auf einem Mikrocomputer basiert. Genauer gesagt, umfasst der Steuerteil 50 eine CPU, die dazu ausgelegt ist, Berechnungen und dergleichen gemäß einem im Voraus eingestellten Steuerprogramm auszuführen, ein ROM, in dem ein Steuerprogramm, Steuerdaten und dergleichen, die erforderlich sind, um verschiedene Berechnungsprozesse durch die CPU auszuführen, im Voraus gespeichert werden, ein RAM, in das verschiedene Daten, die erforderlich sind, um verschiedene Berechnungsprozesse durch die CPU, ähnlich den oben genannten, auszuführen, temporär gelesen und geschrieben werden, einen Eingabe-/Ausgabe-Port, über den verschiedene Signale ein- und ausgegeben werden und so weiter. Der Steuerteil 50 führt eine Leistungserzeugungssteuerung am Brennstoffzellensystem 10 durch. Um zum Beispiel eine elektrische Leistung zu gewinnen, die einer Lastanforderung aus der Brennstoffzelle 15 entspricht, stellt der Steuerteil 50 jeweilige Durchflussraten des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kältemittels ein. Um dann zu erreichen, dass die Durchflussraten des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kältemittels die jeweiligen eingestellten Werte erreichen, gibt der Steuerteil 50 Antriebssignale an die Brenngaspumpe 44, das Einspritzventil 42, den Luftverdichter 31, das Steuerventil 39 und die Kältemittelpumpe 62 aus. Die Antriebsmengen der Brenngaspumpe 44 und so weiter und die Soll-Durchflussraten des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kältemittels können im Voraus zum Beispiel gemäß der Leistungsmenge, die durch die Brennstoffzelle 15 erzeugt werden soll, eingestellt werden. Des Weiteren führt der Steuerteil 50 Rückführungsregelung unter Verwendung von Detektionssignalen der Durchflussmesser 26, 36, 63 durch, um so des Weiteren wenigstens einige Antriebsmengen einzustellen, die aus den Antriebsmengen der Brenngaspumpe 44, des Einspritzventils 42, des Luftverdichters 31, der Steuerventils 39 und der Kältemittelpumpe 62 ausgewählt werden, wodurch die Durchflussraten der jeweiligen Fluide gesteuert werden, um ihre Ziel-Durchflussraten zu erreichen, die einer Leistungserzeugungsmenge entsprechen.
Ausgestaltung des Prüfsystems der Brennstoffzelle:
In der vorliegenden Ausführungsform wird geprüft, ob in der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls eine Verformung auftritt, wenn ein Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, z. B. wenn ein Fahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem 10 ausgestattet ist, einen Zusammenstoß hat. Wie in der 1 veranschaulicht wird, weist ein Prüfsystem 12 zum Durchführen einer derartigen Prüfung eine Ausgestaltung auf, die mit dem Brennstoffzellensystem 10 zur Leistungserzeugung übereinstimmt. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Steuerteil 50 eine Funktion auf, die Brennstoffzelle 15 als einen Teil des Prüfsystems 12 zu prüfen, zusätzlich zu einer Funktion in Bezug auf eine Leistungserzeugungssteuerung der Brennstoffzelle 15 als einem Teil des Brennstoffzellensystems 10.
Die 1 veranschaulicht Funktionsblöcke des Steuerteils 50 zu einem Zeitpunkt, zu dem das Prüfsystem 12 die oben genannte Prüfung durchführt. Genauer gesagt, umfasst der Steuerteil 50 als die Funktionsblöcke einen Speicherteil 51, einen Detektionsteil 52, einen Herleitungsteil 53, einen Bestimmungsteil 54, einen Erfassungsteil 55 und einen Antriebssteuerteil 56. Die Operationen der Funktionsblöcke werden später beschrieben.
Prüfverfahren der Brennstoffzelle:
Die 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht, die durch die CPU des Steuerteils 50 ausgeführt wird. Die Routine wird ausgeführt, wenn eine Anweisung zum Starten der Prüfung in den Steuerteil 50 zu dem Zeitpunkt eingegeben wird, zu dem die Prüfung durchgeführt wird, nachdem aufgrund eines Fahrzeugzusammenstoßes oder dergleichen ein Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 durchgeführt worden ist. Die Anweisung zum Starten der Prüfung kann zum Beispiel durch einen Prüfer, der das Prüfsystem 12 bedient, in den Steuerteil 50 des Brennstoffzellensystems 10, das im Fahrzeug bereitgestellt wird, eingegeben werden. Für den Fall, dass eine Eingabeeinrichtung oder dergleichen, die eine eingegebene Anweisung über die Prüfung empfängt, mit dem Brennstoffzellensystem 10 zum Zeitpunkt der Prüfung verbunden ist, kann die Anweisung zum Starten der Prüfung durch den Prüfer über die Eingabeeinrichtung eingegeben werden. Alternativ kann der Steuerteil 50 durch Detektieren einer Verbindung mit der Eingabeeinrichtung bestimmen, dass die Anweisung zum Starten der Prüfung eingegeben wird.
Die Prüfung nach einem Aufprall kann unter Verwendung des gesamten Brennstoffzellensystems 10 als dem Prüfsystem 12 in einem Zustand durchgeführt werden, in dem das Brennstoffzellensystem 10 im Fahrzeug bereitgestellt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Brennstoffzellenprüfprozessroutine ausgeführt wird, werden die Brenngaszufuhreinrichtung, die Oxidationsgaszufuhreinrichtung und die Kältemittelzufuhreinrichtung wie oben beschrieben durch den Antriebssteuerteil 56 des Steuerteils 50 angetrieben. Der Antriebssteuerteil 56 gibt an Zusammensetzungen jeder oben beschriebenen Einrichtung, wie zum Beispiel der Brenngaszufuhreinrichtung, Antriebssignale aus, die jeweiligen Zielwerten der Durchflussraten für jeweilige Fluidkanäle in der Brennstoffzelle 15 entsprechen. Dann erfasst der Antriebssteuerteil 56 Detektionssignale aus den Durchflussmessern 26, 36, 63 und führt die Rückführungsregelung wie oben beschrieben durch. Zu dem Zeitpunkt der Prüfung, die durchgeführt wird, während jeweilige Fluide den Kanälen zugeführt werden, kann die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 15 durchgeführt werden, oder sie kann nicht durchgeführt werden. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 15 durchgeführt wird, kann sich das Fahrzeug in einem laufenden Zustand befinden, oder die Brennstoffzelle 15 kann zur Prüfung mit einer Last so verbunden werden, dass eine erzeugte elektrische Leistung verwendet wird.
Wenn diese Routine ausgeführt wird, erfasst die CPU des Steuerteils 50 Druckverlustparameterwerte vor und nach dem Aufprall (Schritt S 100). Der Druckverlustparameterwert ist ein Wert des Druckverlustparameters, der ein Parameter ist, der mit einem Druckverlust in einem Fluidweg korreliert, der im Inneren der Brennstoffzelle 15 bereitgestellt wird. Im Schritt S100 der vorliegenden Ausführungsform wird wenigstens einer der Folgenden erfasst, ein Druckverlustparameterwert im Brenngasweg und ein Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg und ein Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77. Zum Zeitpunkt des Durchführens der Prüfung können in der vorliegenden Ausführungsform die Durchflussraten jeweiliger Fluide, die der Brennstoffzelle 15 zugeführt werden sollen, immer konstant sein oder geändert werden, jedoch sollte angenommen werden, dass die Druckverlustparameterwerte, die im Schritt S100 erfasst werden sollen, Werte sind, die zu dem Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem die Fluide in die Brennstoffzelle 15 mit jeweiligen, im Voraus bestimmten Durchflussraten eingebracht werden.
Genauer gesagt kann der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg zum Beispiel ein Wert einer elektrischen Leistung sein, die von der Brenngaspumpe 44 verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, eine erste Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt worden ist, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer bei der Brenngaspumpe 44 konstant sind. Des Weiteren kann der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg ein Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils 42 sein, wenn die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, eine zweite Durchflussrate wird, die im Voraus zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, wenn die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Einspritzventils 42 konstant sind. Des Weiteren kann der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg ein Wert der Durchflussrate des Brenngases sein, das tatsächlich durch den Brenngasweg strömt, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, wenn die Brenngaszufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg eine dritte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Das heißt, der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg kann wenigstens einer von folgenden sein, der Wert der elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe 44 verwendet wird, der Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses im Einspritzventil 42 und der Wert der Durchflussrate des Brenngases, das tatsächlich strömt.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Brenngaszufuhreinrichtung so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg ein eingestellter Wert wird, der im Voraus bestimmt wird, wird Rückführungsregelung durch Verwenden des Detektionssignals des Durchflussmessers 26 durchgeführt, wie oben beschrieben wird. Wenn die Durchflussrate des Brenngases gesteuert wird, um so zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druckverlust im Brenngasweg sich erhöht, zum eingestellten Wert zu werden, erhöhen sich aus diesem Grund der Wert der elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe 44 verwendet wird, und/oder der Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses im Einspritzventil 42. Falls sich des Weiteren der Druckverlust im Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, zu dem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Brenngaszufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg die dritte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt worden ist, wird der Wert der Durchflussrate des Brenngases, das tatsächlich durch den Brenngasweg strömt, relativ zum Sollwert verringert.
Der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg kann zum Beispiel ein Wert einer elektrischen Leistung sein, die vom Luftverdichter 31 verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, ein vierter Durchflusswert wird, der im Voraus zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Luftverdichter 31 konstant sind. Des Weiteren kann der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg zum Beispiel ein Wert des Öffnungsgrads des Steuerventils 39 sein, wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle gebildet ist, eine fünfte Durchflussrate wird, die im Voraus zu dem Zeitpunkt bestimmt worden ist, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Steuerventil 39 konstant sind. Des Weiteren kann der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg ein Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases sein, das tatsächlich durch den Oxidationsgasweg strömt, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, wenn die Oxidationsgaszufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg eine sechste Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Das heißt, der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg kann wenigstens einer der folgenden Werte sein, die elektrische Leistung, die vom Luftverdichter 31 verwendet wird, der Wert des Öffnungsgrads des Steuerventils 39 und der Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases, das tatsächlich strömt.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Oxidationsgaszufuhreinrichtung so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg ein eingestellter Wert wird, der im Voraus bestimmt wird, wird Rückführungsregelung durch Verwenden des Detektionssignals des Durchflussmessers 36 durchgeführt, wie oben beschrieben wird. Wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases gesteuert wird, um so zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druckverlust im Oxidationsgasweg sich erhöht, zum eingestellten Wert zu werden, erhöhen sich aus diesem Grund der Wert der elektrischen Leistung, die vom Luftverdichter 31 verwendet wird, und/oder der Wert des Öffnungsgrads des Steuerventils 39. Falls sich des Weiteren der Druckverlust im Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, zu dem Zeitpunkt erhöht, wenn die Oxidationsgaszufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg die sechste Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird, verringert sich der Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases, das tatsächlich durch den Oxidationsgasweg strömt, relativ zum Sollwert.
Der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 kann zum Beispiel ein Wert einer elektrischen Leistung sein, die von der Kältemittelpumpe 62 verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg 77, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, eine siebte Durchflussrate wird, die im Voraus zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen (z. B. des Drehventils, das auf dem Kältemittelsystem 60 bereitgestellt wird), die in der Kältemittelzufuhreinrichtung enthalten sind, außer bei der Kältemittelpumpe 62 konstant sind. Des Weiteren kann der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 ein Wert der Durchflussrate des Kältemittels sein, das tatsächlich durch den Kältemittelweg 77 strömt, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, wenn die Kältemittelzufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg 77 eine achte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird. Das heißt, der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 kann wenigstens einer von folgenden sein, der Wert der elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe 62 verwendet wird, und der Wert der Durchflussrate des Kältemittels, das tatsächlich strömt.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kältemittelzufuhreinrichtung so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg 77 ein eingestellter Wert wird, der im Voraus bestimmt wird, wird Rückführungsregelung durch Verwenden des Detektionssignals des Durchflussmessers 63 durchgeführt, wie oben beschrieben wird. Wenn die Durchflussrate des Kältemittels gesteuert wird, um so zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der Druckverlust im Kältemittelweg 77 erhöht, zum eingestellten, im Voraus bestimmten Wert zu werden, erhöht sich aus diesem Grund der Wert der elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe 62 verwendet wird. Falls sich des Weiteren der Druckverlust im Kältemittelweg 77 zu dem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Kältemittelzufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg 77, der in der Brennstoffzelle 15 gebildet ist, die achte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird, verringert sich der Wert der Durchflussrate des Kältemittels, das tatsächlich durch den Kältemittelweg 77 strömt, relativ zum Sollwert.
Andere Parameterwerte als die oben beschriebenen können als der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg, der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg und der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 verwendet werden, und die Werte von Parametern, die mit den Druckverlusten in den jeweiligen Fluidkanälen korrelieren, können verwendet werden. Für den Fall, dass zum Beispiel die Brenngaszufuhreinrichtung, die Oxidationsgaszufuhreinrichtung oder die Kältemittelzufuhreinrichtung eine andere Ausgestaltung als die im Brennstoffzellensystem 10 in der 1 aufweisen, sollte ein zu verwendender Druckverlustparameterwert passend ausgewählt werden, abhängig von einer Ausgestaltung einer einzusetzenden Fluidzufuhreinrichtung. Der Druckverlustparameterwert im Brenngasweg und der Druckverlustparameterwert im Oxidationsgasweg werden auch als ein erster Druckverlustparameterwert bezeichnet. Der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 wird auch als ein zweiter Druckverlustparameterwert bezeichnet.
Da der Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall angewendet wird, sollten ursprüngliche Druckverlustparameterwerte, die zum Zeitpunkt der Herstellung des Brennstoffzellensystems 10 eingestellt und im Voraus im Speicherteil 51 gespeichert sind, eingesetzt werden. Im Schritt S100 erfasst der Steuerteil 50 den Druckverlustparameterwert, bevor der Aufprall aufgebracht wird, indem Informationen, die im Speicherteil 51 gespeichert sind, in den Steuerteil 50 gelesen werden.
Im Schritt S100 führt der Detektionsteil 52 im Steuerteil 50 die Erfassung eines Druckverlustparameterwerts durch, nachdem der Aufprall aufgebracht worden ist. Wenn der Druckverlustparameterwert ein Wert ist, der aus den folgenden ausgewählt wird, dem Wert der elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe 44 verwendet wird, dem Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses im Einspritzventil 42, dem Wert der elektrischen Leistung, die vom Luftverdichter 31 verwendet wird, dem Wert des Öffnungsgrads des Steuerventils 39 und dem Wert der elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe 62 verwendet wird, kann der Druckverlustparameterwert nach dem Aufbringen des Aufpralls anhand eines Antriebssollwerts aus dem Antriebssteuerteil 56 ermittelt werden, wenn die Durchflussrate des Fluids eine im Voraus durch die Rückführungsregelung bestimmte Durchflussrate wird. Für den Fall, dass der Druckverlustparameterwert ein Wert einer Durchflussrate eines Fluids ist, das tatsächlich in einem Fluid- (Brenngas-, Oxidationsgas-, Kältemittel-) Weg in der Brennstoffzelle 15 zu dem Zeitpunkt strömt, zu dem eine Fluidzufuhreinrichtung auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass das Fluid durch den Fluidweg mit jeder der im Voraus bestimmten Durchflussraten strömt, kann derweil der Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall aufgebracht ist, anhand des Detektionswerts des Durchflussmessers 26, 36, 63 ermittelt werden, der ermittelt werden soll, wenn die Fluidzufuhreinrichtung auf den Sollwert angetrieben wird, der im Voraus zu dem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Prüfung beginnt. Im Schritt S100 erfasst der Detektionsteil 52 den Druckverlustparameterwert nach dem Aufbringen des Aufpralls aus dem Antriebssteuerteil 56 oder dem Durchflussmesser 26, 36, 63.
Nach dem Schritt S100 erfasst die CPU des Steuerteils 50 eine Richtung des Aufpralls, der auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird (Schritt S110). Der Erfassungsteil 55 des Steuerteils 50 führt die Erfassung der Richtung des Aufpralls durch. Ein Prüfer kann das Erscheinungsbild der Brennstoffzelle 15 betrachten, nachdem der Aufprall aufgebracht ist, und die Richtung des Aufpralls über die Eingabeeinrichtung (oben beschrieben) eingeben. Alternativ kann die Richtung des Aufpralls so erfasst werden, dass Informationen, die durch einen in dem mit dem Brennstoffzellensystem 10 ausgestatteten Fahrzeug bereitgestellten Sensor detektiert werden, z. B. einem Drucksensor für den Airbag oder einem Beschleunigungssensor, von dem Sensor erfasst werden.
Nach dem Schritt S110 bestimmt die CPU des Steuerteils 50 auf Basis der im Schritt S110 erfassten Richtung, ob der Aufprall in der Schichtungsrichtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht ist oder nicht (Schritt S120). Wenn der Aufprall in der Schichtungsrichtung nicht aufgebracht ist (Schritt S120: NEIN), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist (Schritt S140).
Wenn der Aufprall in der Schichtungsrichtung aufgebracht ist (Schritt S120: JA), vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den ersten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall mit dem ersten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall, um so einen Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts zu ermitteln, der eine Erhöhung von einem Druckverlust vor dem Aufprall auf einen Druckverlust nach dem Aufprall angibt, und die CPU des Steuerteils 50 vergleicht den somit ermittelten Änderungsbetrag mit einem ersten Referenzwert, der im Voraus bestimmt worden ist (Schritt S130). Der Änderungsbetrag ist zum Beispiel ein Restbetrag zwischen dem ersten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall und dem ersten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall. Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts kleiner als der erste Referenzwert ist (Schritt S130: NEIN), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist (Schritt S140). Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist (Schritt S130: JA), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist (Schritt S150). Die Bestimmung im Schritt S150 wird auch als eine erste Bestimmung bezeichnet.
Ein Prozess, den Änderungsbetrag vom ersten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall zum ersten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall herzuleiten, wird durch den Herleitungsteil 53 des Steuerteils 50 durchgeführt. Ein Prozess, zu bestimmen, ob eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung auftritt oder nicht, wird durch Vergleichen des Änderungsbetrags des ersten Druckverlustparameterwerts mit dem ersten Referenzwert durch den Bestimmungsteil 54 des Steuerteils 50 durchgeführt.
Der erste Referenzwert, der im Schritt S130 verwendet werden soll, wird im Voraus bestimmt und im Speicherteil 51 des Steuerteils 50 als ein Referenzwert gespeichert, auf dessen Basis bestimmt wird, ob in der Brennstoffzelle 15 eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung auftritt oder nicht. Für den Fall, dass mehrere Arten von ersten Druckverlustparameterwerten als der erste Druckverlustparameterwert verwendet werden, werden jeweilige erste Referenzwerte für diese Arten von ersten Druckverlustparameterwerten bestimmt. Der erste Referenzwert ist ein Wert, auf dessen Basis bestimmt werden kann, dass zum Beispiel eine Verformung in der Brennstoffzelle 15 in einem derartigen Umfang auftritt, dass die Brennstoffzelle 15 ersetzt werden sollte, und wird im Voraus experimentell oder durch Simulation bestimmt.
Die 5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine schematische Ausgestaltung der Brennstoffzelle 15 veranschaulicht. In der Brennstoffzelle 15 ist ein Brennstoffzellenstapel, in dem die einzelnen Zellen 70 geschichtet sind, im Stapelgehäuse 16 gelagert. In der 5 und den nachstehend beschriebenen 6, 7 verläuft die Schichtungsrichtung entlang einer X-Richtung, und eine orthogonale Richtung, die orthogonal zur Schichtungsrichtung liegt, verläuft entlang einer Y-Richtung.
Die 6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand der Brennstoffzelle 15 veranschaulicht, nachdem die Brennstoffzelle 15 einen Aufprall in der Schichtungsrichtung aufgenommen hat, insbesondere einen Aufprall in einer X-Richtung. Wenn der Aufprall in der Schichtungsrichtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, wird eine Kraft, die einzelnen Zellen 70 in der Schichtungsrichtung zu komprimieren, auf eine Vorderseite der Brennstoffzelle 15, auf die der Aufprall aufgebracht wird, aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt werden in jeder einzelnen Zelle 70, die auf der Vorderseite platziert ist, die Gasdiffusionsschichten 87, 88, die relativ weiche Elemente sind, und der Harzrahmen 82 in der Schichtungsrichtung gequetscht. Als ein Ergebnis werden der Brenngasweg im Inneren der Zelle und der Oxidationsgasweg im Inneren der Zelle, die durch die Gasdiffusionsschichten 87, 88 gebildet werden, oder die Gaskanäle, die durch die Schlitzteile 83 des Harzrahmens 82 gebildet werden, gequetscht. Insbesondere werden die Gasdiffusionsschichten 87, 88 einfach gequetscht. Als ein Ergebnis erhöhen sich die Druckverluste im Brenngasweg im Inneren der Zelle und im Oxidationsgasweg im Inneren der Zelle. Wenn der Aufprall in der Schichtungsrichtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, werden aus diesem Grund die Änderungsbeträge der ersten Druckverlustparameterwerte als die Druckverlustparameterwerte im Brenngasweg und im Oxidationsgasweg mit dem ersten Referenzwert verglichen, so dass es möglich ist, zu bestimmen, ob eine Verformung aufgrund des Aufprall in der Schichtungsrichtung in der Brennstoffzelle 15 erfolgt ist oder nicht.
Mit Rückbezug auf die 4: nach der Bestimmung im Schritt S140 oder S150 bestimmt die CPU des Steuerteils 50 auf Basis der im Schritt S110 erfassten Richtung, ob ein Aufprall in der orthogonalen Richtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht ist (Schritt S160). Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung nicht aufgebracht ist (Schritt S160: NEIN), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung in der Brennstoffzelle 15 erfolgt ist (Schritt S180), und die CPU des Steuerteils 50 beendet den Prüfprozess.
Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung aufgebracht ist (Schritt S160: JA), vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den zweiten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall mit dem zweiten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall, um so einen Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts zu ermitteln, der eine Erhöhung von einem Druckverlust vor dem Aufprall auf einen Druckverlust nach dem Aufprall angibt, und die CPU des Steuerteils 50 vergleicht den somit ermittelten Änderungsbetrag mit einem zweiten Referenzwert, der im Voraus bestimmt worden ist (Schritt S170). Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts kleiner als der zweite Referenzwert ist (Schritt S170: NEIN), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist (Schritt S180), und die CPU des Steuerteils 50 beendet den Prüfprozess. Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist (Schritt S170: JA), bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist (Schritt S190), und die CPU des Steuerteils 50 beendet den Prüfprozess. Die Bestimmung im Schritt S190 wird auch als eine zweite Bestimmung bezeichnet.
Ein Prozess, den Änderungsbetrag vom zweiten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall zum zweiten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall herzuleiten, wird durch den Herleitungsteil 53 des Steuerteils 50 durchgeführt. Ein Prozess, zu bestimmen, ob eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung auftritt oder nicht, wird durch Vergleichen des Änderungsbetrags des zweiten Druckverlustparameterwerts mit dem zweiten Referenzwert durch den Bestimmungsteil 54 des Steuerteils 50 durchgeführt.
Der zweite Referenzwert, der im Schritt S170 verwendet werden soll, wird im Voraus bestimmt und im Speicherteil 51 des Steuerteils 50 als ein Referenzwert gespeichert, auf dessen Basis bestimmt wird, ob aufgrund des Aufpralls eine Verformung in der orthogonalen Richtung in der Brennstoffzelle 15 aufgetreten ist oder nicht. Für den Fall, dass mehrere Arten von zweiten Druckverlustparameterwerten als der zweite Druckverlustparameterwert verwendet werden, werden jeweilige zweite Referenzwerte für diese Arten von zweiten Druckverlustparameterwerten bestimmt. Der zweite Referenzwert ist ein Wert, auf dessen Basis bestimmt werden kann, dass zum Beispiel eine Verformung in der Brennstoffzelle 15 in einem derartigen Umfang auftritt, dass die Brennstoffzelle 15 ersetzt werden sollte, und wird im Voraus experimentell oder durch Simulation bestimmt.
Die 7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand der Brennstoffzelle 15 veranschaulicht, nachdem die Brennstoffzelle 15 den Aufprall in der orthogonalen Richtung aufgenommen hat, insbesondere einen Aufprall in einer Y-Richtung. Des Weiteren sind die 8A und 8B schematische Schnittansichten, die einen Zustand eines Teils in der Nähe des Kältemittelweges 77, der zwischen benachbarten einzelnen Zellen 70 gebildet ist, veranschaulichen. Die 8A veranschaulicht einen Zustand, bevor ein Aufprall aufgebracht wird, und die 8B veranschaulicht einen Zustand, nachdem der Aufprall aufgebracht ist.
Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, findet eine Abweichung in der Schichtung in den geschichteten einzelnen Zellen 70 entlang der Richtung des Aufpralls in einem Teil statt, auf den der Aufprall aufgebracht wird (einem Zwischenteil des Brennstoffzellenstapels in der Schichtungsrichtung in der 7), wie in der 7 veranschaulicht wird. Wie oben beschrieben wird, ist die einzelne Zelle 70 auf eine integrierte Weise als ein Ganzes gebildet, so dass Elemente, welche die Gasabscheider 80, 81 enthalten, genauer gesagt, der Harzrahmen 82 und die Gasabscheider 80, 81, aneinander verklebt sind. Derweil werden die benachbarten einzelnen Zellen 70 so befestigt, dass auf sie eine Befestigungslast in der Schichtungsrichtung in einem Zustand aufgebracht wird, in dem die Dichtung 76, die an eine der einzelnen Zellen 70 geklebt ist, dazwischen platziert ist. Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung aufgebracht wird, findet aus diesem Grund eine Abweichung der Schichtung zwischen den benachbarten einzelnen Zellen 70 statt, die mit einer geringeren Befestigungskraft befestigt sind. Als ein Ergebnis verformt sich der Kältemittelweg 77, der zwischen den einzelnen Zellen 70 gebildet ist.
Wie in der 8A veranschaulicht wird: bevor der Aufprall aufgebracht wird, sind der Gasabscheider 80 der einen der benachbarten einzelnen Zellen 70 und der Gasabscheider 81 der anderen der benachbarten einzelnen Zellen 70 so platziert, dass jeweilige Oberteile von Vorsprüngen ihrer unregelmäßigen Formen, die zum Bilden des Kältemittelweges 77 dienen, in Kontakt miteinander stehen, und der Kältemittelweg 77 wird durch jeweilige Vertiefungen, die in unregelmäßigen Formen bereitgestellt werden, gebildet. Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung aufgebracht wird, weichen die Oberteile der Vorsprünge, die in Kontakt miteinander stehen, voneinander in der orthogonalen Richtung ab, wie in der 8B veranschaulicht wird. Als ein Ergebnis verformt sich die Querschnittsform des Kältemittelweges 77, so dass sich ein Durchlasswiderstand im Kältemittelweg 77 erhöht. Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, wird aus diesem Grund der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts als der Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg 77 mit dem zweiten Referenzwert verglichen, so dass bestimmt werden kann, ob eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung in der Brennstoffzelle 15 erfolgt ist oder nicht.
In der ersten, so ausgelegten Ausführungsform wird eine Verformung im Inneren der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls auf Basis eines Änderungsbetrags von einem Druckverlustparameterwert, bevor der Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht ist, zu einem Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht ist, bestimmt. Durch ein einfaches und unkompliziertes Verfahren, bei dem die Druckverlustparameterwerte erfasst werden, indem ein Fluid in einen Weg im Innern der Brennstoffzelle 15 eingebracht wird und ein Änderungsbetrag von dem Druckverlustparameterwert, bevor ein Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, zu dem Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht ist, mit einem Referenzwert vergleichen wird, ist es aus diesem Grund möglich, zu bestimmen, dass eine Verformung im Inneren der Brennstoffzelle 15 aufgrund des Aufpralls auftritt. Das heißt, ein derartiges Prüfverfahren wird durch Verwenden der Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 10 durchgeführt. Dementsprechend kann eine Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls mit einer einfachen und unkomplizierten Ausgestaltung und einem Prozess oder einer Operation detektiert werden, ohne eine derartige komplizierte Operation durchzuführen, dass eine spezielle Ausgestaltung zur Prüfung, z. B. eine Markierung oder dergleichen zum Detektieren einer Verformung der Brennstoffzelle 15 in der Brennstoffzelle 15 bereitgestellt und betrachtet wird. Wenn die Brennstoffzelle 15 sich aufgrund eines Aufpralls verformt, ist es als ein Ergebnis zum Beispiel möglich, geeignet zu bestimmen, ob die Brennstoffzelle 15 ersetzt werden sollte oder nicht.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der von der Brennstoffzelle 15 aufgenommene Aufprall entlang der Schichtungsrichtung verläuft, durch Verwenden des ersten Druckverlustparameterwerts, der sich auf einen Gasweg bezieht, bestimmt, ob eine Verformung auftritt oder nicht, und wenn der von der Brennstoffzelle 15 aufgenommene Aufprall entlang der orthogonalen Richtung verläuft, wird durch Verwenden des zweiten Druckverlustparameterwerts, der sich auf den Kältemittelweg 77 bezieht, bestimmt, ob eine Verformung auftritt oder nicht. Aus diesem Grund ist es möglich, gemäß der Richtung des Aufpralls geeignet zu bestimmen, ob eine Verformung in der Brennstoffzelle 15 auftritt oder nicht. Sogar falls sich des Weiteren ein Druckverlustparameterwert, der nicht der Richtung des Aufpralls entspricht, zu dem Zeitpunkt ändert, zu dem ein Fluidweg aufgrund eines anderen Faktors als dem Aufprall blockiert ist, ist es möglich, eine falsche Bestimmung einzuschränken, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls auftritt, wodurch es möglich wird, die Genauigkeit der Prüfung zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform wird des Weiteren die Richtung des Aufpralls spezifiziert, der eine Verformung der Brennstoffzelle 15 bewirkt. Dementsprechend ist es möglich, einige der geschichteten Zellen 70 geeignet zu ersetzen, statt die gesamte Brennstoffzelle 15 zu ersetzen. Wie zum Beispiel in der 6 veranschaulicht wird, werden, wenn die Brennstoffzelle 15 einen Aufprall in der X-Richtung aufnimmt, insbesondere die Gasdiffusionsschichten 87, 88 und dergleichen in den einzelnen Zellen 70 stark gequetscht, die auf der Vorderseite geschichtet sind, auf die der Aufprall aufgebracht wird, z. B. innerhalb eines Bereichs, der in der 6 als ein Bereich A angegeben ist. Wenn der Aufprall in der Schichtungsrichtung aufgebracht wird, werden aus diesem Grund möglicherweise nur die einzelnen Zellen 70 auf der Vorderseite ersetzt, auf die der Aufprall aufgebracht wird. Wie in der 7 veranschaulicht wird, tritt, wenn die Brennstoffzelle 15 einen Aufprall in der Y-Richtung aufnimmt, des Weiteren eine große Abweichung in der Schichtung in den einzelnen Zellen 70 auf, die in einem Zwischenteil des Brennstoffzellenstapels geschichtet sind, auf den der Aufprall aufgebracht wird, z. B. innerhalb eines Bereichs, der in der 7 als ein Bereich B angegeben ist. In einem derartigen Teil mit einer großen Abweichung in der Schichtung könnte die einzelne Zelle 70 sich so verformen, dass die äußere Peripherie der einzelnen Zelle 70 an eine Innenwandoberfläche des Stapelgehäuses 16 stößt. Wenn der Aufprall in der orthogonalen Richtung aufgebracht wird, werden aus diesem Grund möglicherweise nur die einzelnen Zellen 70 innerhalb des Bereichs B, auf den der Aufprall aufgebracht wird, ersetzt.
Es sei angemerkt, dass für den Fall, dass die Richtung des Aufpralls, der auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, eine Richtung ist, die schräg zur Schichtungsrichtung verläuft, die CPU des Steuerteils 50 im Schritt S120 (4) bestimmt, dass ein Aufprall in der Schichtungsrichtung vorliegt, und die CPU des Steuerteils 50 im Schritt S160 (4) bestimmt, dass ein Aufprall in der orthogonalen Richtung vorliegt. Dann führt die CPU des Steuerteils 50 sowohl die Bestimmung unter Verwendung des ersten Druckverlustparameterwerts als auch die Bestimmung unter Verwendung des zweiten Druckverlustparameterwerts durch. Alternativ kann die CPU des Steuerteils 50 die Prüfung effizient werden lassen, indem sie eine Bestimmung unter Verwendung nur eines Druckverlustparameterwerts durchführt, der der Richtung einer größeren Komponente von einer Komponente in der Schichtungsrichtung und einer Komponente in der orthogonalen Richtung im aufgenommenen Aufprall entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird des Weiteren auf Basis einer Erhöhung im Druckverlust in einem Fluidweg durch Verwenden eines Druckverlustparameterwerts bestimmt, ob eine Verformung in der Brennstoffzelle 15 auftritt oder nicht. Dementsprechend ist es möglich, die Genauigkeit der Bestimmung von einer Verformung der Brennstoffzelle 15 zu verbessern. Ein Beispiel für das Verfahren, eine Verformung der Brennstoffzelle zu bestimmen, ist ein Verfahren, bei dem eine Markierung, die in der Schichtungsrichtung verläuft, auf einer Seitenfläche der Brennstoffzelle bereitgestellt wird und die Abweichung der Markierung von außerhalb des Stapelgehäuses betrachtet wird. Allerdings kann ein derartiger Fall vorliegen, dass, sogar falls die Größe der Abweichung derart ist, dass es schwierig ist, die Abweichung der Markierung durch Betrachtung zu bestimmen, sich ein Druckverlust im Ganzen innerhalb der Brennstoffzelle aufgrund einer Verformung der gesamten Brennstoffzelle erhöht. Sogar in einem solchen Fall ist es mit der Verwendung des Prüfverfahrens der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Verformung der Brennstoffzelle mit hoher Genauigkeit zu bestimmen und das Ersetzen der Brennstoffzelle geeigneter zu bestimmen, in der die Batterieleistung verringert ist.
Des Weiteren ist als ein Verfahren zum Bestimmen, ob die Brennstoffzelle ersetzt werden sollte oder nicht, nachdem die Brennstoffzelle einen Aufprall aufgenommen hat, ein solches Verfahren vorstellbar, dass durch den Drucksensor für den Airbag oder den Beschleunigungssensor detektierte Informationen, die im Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt werden, verwendet werden. Allerdings werden solche Sensoren, die für andere Zwecke bereitgestellt werden, im Allgemeinen an Positionen bereitgestellt, die einen Abstand von der Brennstoffzelle haben, und die Genauigkeit, den von der Brennstoffzelle 15 aufgenommenen Aufprall zu detektieren, könnte unzureichend werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Druckverlustparameterwerte in der Brennstoffzelle 15 verwendet, so dass es möglich ist, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines von der Brennstoffzelle 15 aufgenommenen Aufpralls mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Es sei angemerkt, dass für den Fall, dass mehrere Arten von ersten Druckverlustparameterwerten in dem in der 4 veranschaulichten Schritt S130 verwendet werden, oder für den Fall, dass mehrere Arten von zweiten Druckverlustparameterwerten im Schritt S170 verwendet werden, zum Beispiel bestimmt werden kann, dass eine Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer entsprechenden Richtung aufgetreten ist, wenn alle Druckverlustparameterwerte, die zur Bestimmung verwendet werden sollen, ihre entsprechenden Referenzwerte oder größer sind. Wenn wenigstens eine der mehreren Arten von Druckverlustparameterwerten, die zur Bestimmung verwendet werden sollen, sein entsprechender Referenzwert oder größer ist, kann des Weiteren bestimmt werden, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls aufgetreten ist. Hierdurch ist es, sogar für den Fall, dass ein kleinerer Aufprall aufgebracht wird, möglich, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 zu detektieren.
Zweite Ausführungsform:
Die 9 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht, die durch die CPU des Steuerteils 50 im Prüfsystem 12 als die zweite Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. Das Prüfsystem 12 der zweiten Ausführungsform weist die gleiche Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform auf, also werden die gleichen Bezugszeichen verwendet und ausführliche Beschreibungen entfallen. Des Weiteren wird die gleiche Schrittnummer in der 9 einem Schritt zugewiesen, der mit der 4 übereinstimmt, und eine ausführliche Beschreibung davon entfällt. Die Brennstoffzellenprüfprozessroutine der 9 wird anstelle der in der 4 veranschaulichten Prüfprozessroutine im Prüfsystem 12 ausgeführt.
Wenn diese Routine ausgeführt wird, erfasst die CPU des Steuerteils 50 Druckverlustparameterwerte vor und nach einem Aufprall (Schritt S100) und erfasst eine Richtung des auf die Brennstoffzelle 15 aufgebrachten Aufpralls (Schritt S110). Auf Basis eines Ergebnisses des Schritts S110 bestimmt die CPU des Steuerteils 50 die Richtung des Aufpralls (Schritt S220). Es sei angemerkt, dass, wenn die Richtung des auf die Brennstoffzelle 15 aufgebrachten Aufpralls eine schräg zur Schichtungsrichtung verlaufende Richtung ist, eine Richtung, die einer größeren im aufgenommenen Aufprall entspricht, einer Komponente in der Schichtungsrichtung und einer Komponente in der orthogonalen Richtung, als die Richtung des Aufpralls im Schritt S220 bestimmt wird.
Für den Fall, dass im Schritt S220 bestimmt wird, dass die Richtung des Aufpralls eine Schichtungsrichtung ist, vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts mit dem ersten Referenzwert (Schritt S130: NEIN). Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts kleiner als der erste Referenzwert ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung aufgetreten ist (Schritt S140), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine. Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50 des Weiteren im Schritt S130, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der Schichtungsrichtung aufgetreten ist (Schritt S150), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine.
Für den Fall, dass im Schritt S220 bestimmt wird, dass die Richtung des Aufpralls die orthogonale Richtung ist, vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts mit dem zweiten Referenzwert (Schritt S170). Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts kleiner als der zweite Referenzwert ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung aufgetreten ist (Schritt S180), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine. Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50 des Weiteren im Schritt S170, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung aufgetreten ist (Schritt S190), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine.
Mit der so ausgelegten zweiten Ausführungsform ist es möglich, die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform zu erzielen. Des Weiteren wird die Richtung des Aufpralls im Voraus bestimmt, und dann wird die Bestimmung zu einer Verformung nur über einen Druckverlustparameterwert durchgeführt, der der Richtung des Aufpralls entspricht, wodurch es möglich wird, den Prüfprozess effizient zu machen.
Es sei angemerkt, dass in der 9 die CPU des Steuerteils 50 zuerst die ersten Druckverlustparameterwerte und die zweiten Druckverlustparameterwerte vor und nach dem Aufprall erfasst (Schritt S100), und danach wird die Richtung des Aufpralls ermittelt (Schritt S110), jedoch können andere Ausgestaltungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die CPU des Steuerteils 50 zuerst die Richtung des Aufpralls erfassen (Schritt S110) und dann die Richtung des Aufpralls bestimmen (Schritt S220), und wenn bestimmt wird, dass die Richtung des Aufpralls die Schichtungsrichtung ist, kann die CPU des Steuerteils 50 die ersten Druckverlustparameterwerte vor und nach dem Aufprall erfassen und dann die Prozesse der Schritte S130 bis S150 durchführen. Für den Fall, dass im Schritt S220 bestimmt wird, dass die Richtung des Aufpralls die orthogonale Richtung ist, kann die CPU des Steuerteils 50 des Weiteren die zweiten Druckverlustparameterwerte vor und nach dem Aufprall erfassen und dann die Prozesse der Schritte S170 bis S190 durchführen.
Dritte Ausführungsform:
Die 10 ist eine erläuternde Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines Prüfsystems 112 als die dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Das Prüfsystem 112 weist eine ähnliche Ausgestaltung wie die des Prüfsystems 12 der ersten Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, dass der Steuerteil 50 keinen Erfassungsteil 55 umfasst. Aus diesem Grund wird das gleiche Bezugszeichen einem Teil zugewiesen, der mit dem Prüfsystem 12 übereinstimmt, und eine ausführliche Beschreibung davon entfällt.
Die 11 ist ein Flussdiagramm, das eine Brennstoffzellenprüfprozessroutine veranschaulicht, die durch die CPU des Steuerteils 50 im Prüfsystem 112 als die dritte Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. In der 11 wird die gleiche Schrittnummer einem Schritt zugewiesen, der mit der 4 übereinstimmt, und eine ausführliche Beschreibung davon entfällt. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird die Brennstoffzellenprüfprozessroutine der 11 so ausgeführt, dass eine Anweisung zum Starten der Prüfung in den Steuerteil 50 eingegeben wird, nachdem ein Aufprall auf die Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls oder dergleichen eines mit dem Brennstoffzellensystem 10 ausgestatteten Fahrzeugs aufgebracht worden ist.
Wenn diese Routine ausgeführt wird, erfasst die CPU des Steuerteils 50 Druckverlustparameterwerte vor und nach dem Aufprall (Schritt S100). Danach vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts mit dem ersten Referenzwert (Schritt S130). Wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts kleiner als der erste Referenzwert ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass aufgrund des Aufpralls keine Verformung in der Schichtungsrichtung erfolgt ist (Schritt S140), und wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass aufgrund des Aufpralls eine Verformung in der Schichtungsrichtung erfolgt ist (Schritt S150).
Des Weiteren vergleicht die CPU des Steuerteils 50 den Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts mit dem zweiten Referenzwert (Schritt S170). Wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts kleiner als der zweite Referenzwert ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass keine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung aufgetreten ist (Schritt S180), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine. Wenn im Schritt S170 der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, bestimmt die CPU des Steuerteils 50, dass eine Verformung aufgrund des Aufpralls in der orthogonalen Richtung aufgetreten ist (Schritt S190), und die CPU des Steuerteils 50 beendet die Routine.
Mit der so ausgelegten Ausführungsform kann, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls mit einer einfachen und unkomplizierten Ausgestaltung und einem Prozess oder einer Operation durchgeführt werden, ohne eine spezielle Konfiguration zur Prüfung in der Brennstoffzelle 15 bereitzustellen. Des Weiteren wird die Bestimmung einer Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls durch Verwenden sowohl des Änderungsbetrags des ersten Druckverlustparameterwerts und des Änderungsbetrags des zweiten Druckverlustparameterwerts durchgeführt. Dementsprechend ist es nicht nötig, die Bestimmung durch Erfassen der Richtung des Aufpralls durchzuführen, wodurch es möglich wird, die Operation des Prüfprozesses zu vereinfachen. Das heißt, der erste Druckverlustparameterwert ändert sich hauptsächlich gemäß einer durch den Aufprall bewirkten Verformung in der Schichtungsrichtung, und der zweite Druckverlustparameterwert ändert sich hauptsächlich gemäß einer durch den Aufprall bewirkten Verformung in der orthogonalen Richtung. Sogar für den Fall, dass ein Aufprall in jeder Richtung aufgebracht wird, ist es hierdurch möglich, wenn die Bestimmung durch die Verwendung der beiden Druckverlustparameterwerte an sich geführt wird, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines Aufpralls mit hoher Genauigkeit zu detektieren, ohne die Richtung des Aufpralls im Voraus zu bestimmen.
Wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform kann für den Fall, dass eine Richtung des Aufpralls im Voraus bestimmt wird, die Richtung des Aufpralls so ermittelt werden, dass zum Beispiel ein Prüfer das Erscheinungsbild der Brennstoffzelle 15 nach dem Aufprall betrachtet. Allerdings kann sogar in einer Richtung, in der keine Beschädigung anhand des Erscheinungsbilds beobachtet wird, die Brennstoffzelle 15 einen Aufprall aufgenommen haben. Des Weiteren kann die Richtung des Aufpralls auch anhand von Informationen ermittelt werden, die von einem Sensor für den Airbag oder dergleichen detektiert werden, der im Brennstoffzellenfahrzeug bereitgestellt ist. Wenn allerdings die Brennstoffzelle 15 mit ihrem Randelement im Inneren des Fahrzeugs zusammenstößt, nachdem das Fahrzeug einen Aufprall aufgenommen hat, kann die Brennstoffzelle 15 noch einen Aufprall aufnehmen. Mit der vorliegenden Ausführungsform ist es sogar in einem derartigen Fall möglich, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 aufgrund eines auf die Brennstoffzelle 15 aufgebrachten Aufpralls mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
In der dritten Ausführungsform ist es des Weiteren möglich, eine Richtung eines Aufpralls zu spezifizieren, ohne die Richtung des Aufpralls im Voraus zu bestimmen. Wie oben auf Basis der 6 und 7 beschrieben wird, ist es dementsprechend möglich, einige der einzelnen Zellen 70 geeignet zu ersetzen, wenn sich die Brennstoffzelle 15 aufgrund des Aufpralls verformt.
Andere Ausführungsformen:
Die Brennstoffzelle 15 in der ersten bis dritten Ausführungsform ist eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug, jedoch können andere Ausgestaltungen eingesetzt werden. Sogar für den Fall, dass die Brennstoffzelle 15 als eine Antriebsleistungsversorgung für einen anderen beweglichen Körper als ein Fahrzeug verwendet wird, oder sogar für den Fall, dass die Brennstoffzelle 15 als eine stationäre Leistungsversorgung verwendet wird, kann ein ähnliches Prüfverfahren eingesetzt werden, wenn die Brennstoffzelle 15 einen Aufprall von außen aufnimmt.
In der ersten und zweiten Ausführungsform wird eine Richtung eines Aufpralls im Voraus so erfasst, dass das Auftreten einer Verformung aufgrund eines Aufpralls in der Schichtungsrichtung und das Auftreten einer Verformung aufgrund eines Aufpralls in der orthogonalen Richtung detektiert werden können, jedoch können andere Konfigurationen eingesetzt werden. Zum Beispiel wird möglicherweise für den Fall, dass in Betracht gezogen wird, dass eine Richtung eines Aufpralls, der auf die Brennstoffzelle 15 aufgebracht wird, gleichförmig ist, die Erfassung der Richtung des Aufpralls und eine Bestimmung unter Verwendung eines Druckverlustparameterwerts in Bezug auf eine Richtung, in die der Aufprall nicht aufgebracht wird, nicht durchgeführt. Alternativ kann für den Fall, dass ein Verfahren, das sich von dem Verfahren unterscheidet, bei dem ein Druckverlustparameterwert verwendet wird, eingesetzt wird, um eine Verformung der Brennstoffzelle aufgrund eines Aufpralls entweder in der Schichtungsrichtung oder in der orthogonalen Richtung zu detektieren, angenommen werden, als den Druckverlustparameterwert nur einen Druckverlustparameterwert zu verwenden, der einem Aufprall in der jeweils anderen Richtung als der Schichtungsrichtung und der orthogonalen Richtung entspricht.
Des Weiteren kann im Schritt S150 (11) und Schritt S190 in der dritten Ausführungsform das Auftreten einer Verformung der Brennstoffzelle 15 nur durch Vergleichen des Änderungsbetrags des ersten Druckverlustparameterwerts und des Änderungsbetrags des zweiten Druckverlustparameterwerts mit ihren jeweiligen Referenzwerten bestimmt werden, ohne die Richtung des Aufpralls zu bestimmen, der durch die Brennstoffzelle 15 aufgenommen worden ist, abhängig von der Art des Druckverlustparameterwerts, der seinen Referenzwert überschreitet. Sogar wenn die Richtung des Aufpralls nicht spezifiziert wird, ist es möglich, eine Verformung der Brennstoffzelle 15 mit hoher Genauigkeit sogar zu dem Zeitpunkt, zu dem der Aufprall in jede Richtung aufgebracht wird, mit der Verwendung des ersten Druckverlustparameterwerts, der sich als Reaktion auf den Aufprall in der Schichtungsrichtung ändert, und des zweiten Druckverlustparameterwerts, der sich als Reaktion auf den Aufprall in der orthogonalen Richtung ändert, zu detektieren.
Die Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und kann mit verschiedenen Ausgestaltungen innerhalb eines Bereichs erreicht werden, der nicht von der Kernaussage der Erfindung abweicht. Zum Beispiel können die technischen Merkmale der Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen jedes der in der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen Aspekte entsprechen, geeignet ersetzt oder kombiniert werden, um einige oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen oder um einige oder alle der oben genannten Wirkungen zu erreichen. Des Weiteren können die technischen Merkmale geeignet gelöscht werden, falls die technischen Merkmale in der vorliegenden Spezifikation nicht als wesentlich beschrieben worden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009266537 [0002]
JP 2009266537 A [0002]

Claims

Prüfverfahren zum Prüfen des Auftretens einer Verformung in einer Brennstoffzelle (15), die durch Schichten mehrerer einzelner Zellen (70) gebildet ist und einen Gasweg (74, 75), durch den ein Reaktantgas strömt, und einen Kältemittelweg (77), durch den ein Kältemittel strömt, umfasst, wobei der Gasweg (74, 75) und der Kältemittelweg (77) jeweils im Inneren der Brennstoffzelle (15) als ein Fluidweg bereitgestellt sind, durch den ein Fluid parallel zu einer Schichtungsebene der Brennstoffzelle (15) strömt, wobei das Prüfverfahren Folgendes umfasst: einen Druckverlustparameterwert, bevor ein Aufprall auf die Brennstoffzelle (15) aufgebracht wird, und einen Druckverlustparameterwert, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle (15) aufgebracht wird, als einen Druckverlustparameterwert zu erfassen, der mit einem Druckverlust im Fluidweg korreliert, der im Inneren der Brennstoffzelle (15) bereitgestellt ist, wobei der Druckverlustparameterwert ermittelt wird, wenn das Fluid mit einer im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird; einen Änderungsbetrag zwischen dem erfassten Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall und dem erfassten Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall zu ermitteln; und zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) aufgetreten ist, wenn der Änderungsbetrag, der eine Erhöhung des Druckverlusts angibt, ein im Voraus bestimmter Referenzwert oder größer ist, wobei bestimmt wird, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) aufgrund des Aufpralls in wenigstens einem der folgenden Fälle aufgetreten ist: den Fall, dass der Änderungsbetrag eines ersten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Gasweg (74, 75) ist, ein erster Referenzwert oder größer ist; und den Fall, dass der Änderungsbetrag eines zweiten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg (77) ist, ein zweiter Referenzwert oder größer ist.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei: wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, bestimmt wird, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen (70) aufgetreten ist; und wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, bestimmt wird, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) aufgrund eines Aufpralls in einer orthogonalen Richtung, die orthogonal zur Schichtungsrichtung ist, aufgetreten ist.
Prüfverfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren umfasst, eine Richtung des Aufpralls zu erfassen, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle (15) aufgebracht worden ist, wobei: den Fall, dass die Richtung des Aufpralls die Schichtungsrichtung ist, bestimmt wird, ob der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist oder nicht; und den Fall, dass die Richtung des Aufpralls die orthogonale Richtung ist, bestimmt wird, ob der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist oder nicht.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei: wenn der Änderungsbetrag des ersten Druckverlustparameterwerts der erste Referenzwert oder größer ist, bestimmt wird, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer Schichtungsrichtung der einzelnen Zellen (70) aufgetreten ist; oder wenn der Änderungsbetrag des zweiten Druckverlustparameterwerts der zweite Referenzwert oder größer ist, bestimmt wird, dass die Verformung aufgrund eines Aufpralls in einer orthogonalen Richtung, die orthogonal zur Schichtungsrichtung ist, aufgetreten ist.
Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: eine Brenngaszufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Brenngases, das der Brennstoffzelle (15) zugeführt werden soll, einzustellen, und die ein Einspritzventil (42) und eine Brenngaspumpe (44) umfasst, mit der Brennstoffzelle (15) verbunden ist, wobei das Einspritzventil (42) dazu ausgelegt ist, das Brenngas in einen Brenngaszufuhrweg (22) abzuführen, durch den das Brenngas der Brennstoffzelle (15) zugeführt wird, und eine Menge des Brenngases, das dem Brenngaszufuhrweg (22) zugeführt werden soll, auf Basis eines Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils (42) einzustellen, wobei die Brenngaspumpe (44) in einem Umlaufweg bereitgestellt ist, durch den ein Brennstoffabgas, das aus der Brennstoffzelle (15) abgeführt wird, zum Brenngaszufuhrweg (22) zurückgeführt wird; und der erste Druckverlustparameterwert wenigstens einen der folgenden Werte umfasst: einen Wert einer elektrischen Leistung, die von der Brenngaspumpe (44) verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Brenngases in einem Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, eine erste Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer bei der Brenngaspumpe (44) konstant sind; einen Wert des Ventilöffnungstastverhältnisses des Einspritzventils (42), wenn die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, eine zweite Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Brenngaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Einspritzventil (42) konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Brenngases, das tatsächlich durch den Brenngasweg strömt, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, wenn die Brenngaszufuhreinrichtung, welche die Brenngaspumpe (44) und das Einspritzventil (42) umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Brenngases im Brenngasweg eine dritte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird.
Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: eine Oxidationsgaszufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Oxidationsgases, das der Brennstoffzelle (15) zugeführt werden soll, einzustellen, und die einen Verdichter (31) und ein Steuerventil (39) umfasst, mit der Brennstoffzelle (15) verbunden ist, wobei der Verdichter (31) dazu ausgelegt ist, das Oxidationsgas in einen Oxidationsgaszufuhrweg (32) abzuführen, durch den das Oxidationsgas der Brennstoffzelle (15) zugeführt wird, wobei das Steuerventil (39) dazu ausgelegt ist, eine Durchflusswegfläche eines Oxidationsgasabführweges (33) einzustellen, durch den ein Oxidationsabgas, das von der Brennstoffzelle (15) abgeführt wird, strömt; und der erste Druckverlustparameterwert wenigstens einen der folgenden Werte umfasst: einen Wert einer elektrischen Leistung, die vom Verdichter (31) verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases in einem Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, eine vierte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Verdichter (31) konstant sind; einen Wert eines Öffnungsgrads des Steuerventils (39), wenn die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, eine fünfte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Oxidationsgaszufuhreinrichtung enthalten sind, außer beim Steuerventil (39) konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Oxidationsgases, das tatsächlich durch den Oxidationsgasweg strömt, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, wenn die Oxidationsgaszufuhreinrichtung, die den Verdichter (31) und das Steuerventil (39) umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Oxidationsgases im Oxidationsgasweg eine sechste Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird.
Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: eine Kältemittelzufuhreinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate eines Kältemittels einzustellen, das dem Kältemittelweg (77), der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, zugeführt werden soll, und die eine Kältemittelpumpe (62) umfasst, mit der Brennstoffzelle (15) verbunden ist, wobei die Kältemittelpumpe (62) dazu ausgelegt ist, eine Antriebskraft zu generieren, um zu bewirken, dass das Kältemittel durch den Kältemittelweg (77) strömt; und der zweite Druckverlustparameterwert wenigstens einen der folgenden Werte umfasst: einen Wert einer elektrischen Leistung, die von der Kältemittelpumpe (62) verwendet wird, wenn die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg (77), der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, eine siebte Durchflussrate wird, die im Voraus zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem Antriebsmengen von Einrichtungen, die in der Kältemittelzufuhreinrichtung enthalten sind, außer bei der Kältemittelpumpe (62) konstant sind; und einen Wert der Durchflussrate des Kältemittels, das tatsächlich durch den Kältemittelweg (77) strömt, der in der Brennstoffzelle (15) gebildet ist, wenn die Kältemittelzufuhreinrichtung, welche die Kältemittelpumpe (62) umfasst, auf einen Sollwert, der im Voraus bestimmt wird, so angetrieben wird, dass die Durchflussrate des Kältemittels im Kältemittelweg (77) eine achte Durchflussrate wird, die im Voraus bestimmt wird.
Prüfsystem (12, 112) zum Prüfen des Auftretens einer Verformung in einer Brennstoffzelle (15), die durch Schichten mehrerer einzelner Zellen (70) gebildet ist und einen Gasweg (74, 75), durch den ein Reaktantgas strömt, und einen Kältemittelweg (77), durch den ein Kältemittel strömt, umfasst, wobei der Gasweg (74, 75) und der Kältemittelweg (77) jeweils im Inneren der Brennstoffzelle als ein Fluidweg bereitgestellt sind, durch den ein Fluid parallel zu einer Schichtungsebene strömt, wobei das Prüfsystem (12, 112) Folgendes umfasst: einen Speicherteil (51), der dazu ausgelegt ist, einen Druckverlustparameterwert, bevor ein Aufprall auf die Brennstoffzelle aufgebracht wird, als einen Druckverlustparameterwert zu speichern, der mit einem Druckverlust im Inneren der Brennstoffzelle (15) bereitgestellten Fluidweg korreliert, wobei der Druckverlustparameterwert ermittelt wird, wenn das Fluid mit einer im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird; einen Detektionsteil (52), der dazu ausgelegt ist, nachdem der Aufprall auf die Brennstoffzelle (15) aufgebracht worden ist, den Druckverlustparameterwert zu detektieren, der ermittelt wird, wenn das Fluid mit der im Voraus bestimmten Durchflussrate in den Fluidweg eingebracht wird; einen Herleitungsteil (53), der dazu ausgelegt ist, einen Änderungsbetrag zwischen dem Druckverlustparameterwert vor dem Aufprall, der im Speicherteil (51) gespeichert ist, und dem Druckverlustparameterwert nach dem Aufprall, der vom Detektionsteil (52) detektiert wird, herzuleiten; und einen Bestimmungsteil (54), der dazu ausgelegt ist, zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) aufgetreten ist, wenn der Änderungsbetrag, der eine Erhöhung des Druckverlusts angibt, ein im Voraus bestimmter Referenzwert oder größer ist, wobei der Bestimmungsteil (54) dazu ausgelegt ist, zu bestimmen, dass die Verformung im Inneren der Brennstoffzelle (15) in wenigstens einem der folgenden Fälle aufgetreten ist: den Fall, dass der Änderungsbetrag eines ersten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Gasweg ist, ein erster Referenzwert oder größer ist; und den Fall, dass der Änderungsbetrag eines zweiten Druckverlustparameterwerts, der ein Druckverlustparameterwert im Kältemittelweg (77) ist, ein zweiter Referenzwert oder größer ist.