DE102019105793A1

DE102019105793A1 - Fahrzeug und Steuerverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102019105793A1
Application number: DE102019105793.0A
Authority: DE
Inventors: Hiromu Saitoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: CN110277573A; JP2019161957A; DE102019105793B4; US20190288309A1; JP7127306B2; US11024861B2

Abstract

Ein Brennstoffzellenfahrzeug führt eine Steuerung durch, um, im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, eine Flussrate eines Kathodengases, das in eine Auslassleitung (38) ausgetragen wird, zu erhöhen, wenn Parameter, einschließlich einer Leistungsaufnahme eines Antriebsmotors (96), einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung, die Überflutungsbedingung erfüllt haben, die in einem Zustand als erfüllt angenommen wird, bei dem eine Wasseroberfläche eine Auslassöffnung erreicht. Es wird bestimmt, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) ist gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert, (ii) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, und (iii) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem montiert ist, und ein Steuerverfahren dafür.
Beschreibung des Standes der Technik
Die japanische Patentanmeldung JP 2008 - 279 955 A offenbart ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Anodengasdetektor, der das Austreten eines Anodengases erkennt, das für eine Brennstoffzelle verwendet wird. Bei dem in der japanischen Patentanmeldung JP 2010 - 61 960 A beschriebenen Brennstoffzellenfahrzeug wird ein Anodenabgas, das eine Flüssigkeit enthält, aus einem in einem Anodengasumwälzsystem angeordneten Gas-Flüssigkeits-Abscheider in eine Auslassleitung ausgetragen und das Anodenabgas wird mit einem Kathodengas verdünnt und anschließend aus dem Fahrzeug abgeleitet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug auf einer überfluteten Straße fährt und eine Wasseroberfläche eine Auslassöffnung erreicht, die Gas einschließlich Anodengas aus dem Fahrzeug nach außen abgibt, besteht die Befürchtung, dass das aus der Auslassöffnung abgegebene Gas nicht normal nach außen verbreitet werden kann. In diesem Fall stellte der Erfinder der Erfindung fest, dass Gas einschließlich eines Anodengases über einen Spalt des Fahrzeugs in das Fahrzeug eindringt und einen im Fahrzeug angeordneten Anodengasdetektor erreicht, so dass die Wahrscheinlichkeit besteht, dass der Anodengasdetektor fehlerhaft bzw. irrtümlich das Austreten eines Anodengases erkennt.

(1) Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, in dem ein Brennstoffzellensystem montiert ist. Das Fahrzeug beinhaltet: eine Brennstoffzelle, die elektrische Leistung durch elektrochemische Reaktion zwischen einem Anodengas und einem Kathodengas erzeugt; ein Auslassleitung, die eine Auslassöffnung zum Austragen von Gas einschließlich des Anodengases und des Kathodengases aufweist; eine Kathodengasversorgungseinheit, die das Kathodengas der Auslassleitung zuführt; einen Antriebsmotor, der Räder des Fahrzeugs antreibt; eine erste Messeinheit für elektrische Leistung, die eine Leistungsaufnahme bzw. einen Stromverbrauch des Antriebsmotors misst; eine zweite Messeinheit für elektrische Leistung, die eine von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung bzw. erzeugten elektrischen Strom misst; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Fahrzeugs misst; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um die Kathodengasversorgungseinheit zu steuern. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um, wenn eine Mehrzahl von Betriebszustandsparametern eine vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt hat, eine Kathodengaserhöhungssteuerung auszuführen, um eine Flussrate des von der Kathodengasversorgungseinheit zum Erhöhen einer Flussrate des von der Kathodengasversorgungseinheit zur Auslassleitung zugeführten Kathodengases zu erhöhen, so dass die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, größer ist als die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, unter der Bedingung, dass eine von der Brennstoffzelle erzeugte Menge an elektrischer Leistung, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, gleich einer Menge an elektrischer Leistung ist, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist. Die Mehrzahl von Betriebszustandsparametern beinhaltet die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors sowie die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs. Es wird davon ausgegangen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung in einem Zustand erfüllt ist, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um zu bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, in dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ist gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert, (ii) die Drehzahl ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, und (iii) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird. In dem Fahrzeug gemäß diesem Aspekt ist es möglich, eine Menge Anodengas in dem aus der Auslassöffnung abgeleiteten Gas zufriedenstellend zu verdünnen, indem die Kathodengaserhöhungssteuerung in einer Situation ausgeführt wird, bei der angenommen wird, dass eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht hat. Dadurch ist es möglich zu verhindern, dass ein Anodengasdetektor fälschlicherweise das Austreten eines Anodengases erkennt.
(2) Im Fahrzeug gemäß dem Aspekt kann der erste Schwellenwert auf 1/3 einer maximalen Ausgangsleistung des Antriebsmotors eingestellt sein, der zweite Schwellenwert kann auf 30 km/h eingestellt sein, der dritte Schwellenwert kann auf 0,1 m/s² eingestellt sein und der vierte Schwellenwert kann auf 2 Sekunden eingestellt sein. In dem Fahrzeug gemäß diesem Aspekt ist es möglich zu verhindern, dass ein Anodengasdetektor fälschlicherweise das Austreten eines Anodengases erkennt.
(3) Das Fahrzeug gemäß dem Aspekt kann ferner einen Gaspedalbetätigungssensor beinhalten, der einen Betrag einer Betätigung des Gaspedals des Fahrzeugs misst. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um zu bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest fünf Bedingungen: (i) der Betrag der Betätigung des Gaspedals ist gleich oder größer als ein vorgegebener fünfter Schwellenwert, (ii) die Menge der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung ist gleich oder größer als ein vorgegebener sechster Schwellenwert, (iii) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ist gleich oder größer als der vorgegebene erste Schwellenwert, (iv) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als der vorgegebene zweite Schwellenwert, und (v) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als der vorgegebene dritte Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für den vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird. In dem Fahrzeug gemäß diesem Aspekt kann die Kathodengaserhöhungssteuerung ausgeführt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht hat.
(4) Das Fahrzeug gemäß dem Aspekt kann ferner eine Neigungswinkelerfassungseinheit beinhalten, die konfiguriert ist, um einen Neigungswinkel in einer Längsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf eine horizontale Ebene zu erfassen. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um die Kathodengaserhöhungssteuerung zu verhindern, wenn der Neigungswinkel eine Steigungsneigung von +3° oder mehr anzeigt. In dem Fahrzeug nach diesem Aspekt ist es möglich, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, da die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht in einer Situation ausgeführt wird, in der davon ausgegangen wird, dass das Fahrzeug als auf einer bergauf führenden Straße fährt.
(5) Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Steuerverfahren für ein Fahrzeug angegeben, in dem ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, die elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Anodengas und einem Kathodengas erzeugt, eine Auslassleitung, die eine Auslassöffnung zum Austragen von Gas einschließlich des Anodengases und des Kathodengases aufweist, eine Kathodengasversorgungseinheit, die das Kathodengas der Auslassleitung zuführt, und ein Antriebsmotor, der Räder des Fahrzeugs antreibt, montiert sind. Das Steuerverfahren weist auf: wenn eine Mehrzahl von Betriebszustandsparametern eine vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt hat, Ausführen einer Kathodengaserhöhungssteuerung, um eine Flussrate des von der Kathodengasversorgungseinheit zur Auslassleitung zugeführten Kathodengases zu erhöhen, so dass die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, größer ist als die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, unter der Bedingung, dass eine von der Brennstoffzelle erzeugte Menge an elektrischer Leistung, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, gleich einer Menge an elektrischer Leistung ist, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, wobei die Mehrzahl von Betriebszustandsparametern die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors und eine Geschwindigkeit sowie eine Beschleunigung des Fahrzeugs umfassen, und wobei davon ausgegangen wird, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung in einem Zustand erfüllt ist, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht; und Bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ist gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert, (ii) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, und (iii) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird.

Die Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden.
Figurenliste
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:

1 ein Diagramm, das schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt, das in einem Fahrzeug montiert ist;
3 ein Flussdiagramm, das einen Überflutungsbestimmungsprozess veranschaulicht, der von einer Steuereinheit ausgeführt wird;
4 ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem eine Wasseroberfläche eine Auslassöffnung erreicht hat; und
5 ein Flussdiagramm, das einen Überflutungsbestimmungsprozess in einer zweiten Ausführungsform darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Fahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Beschreibungen, die mit den Richtungen im Fahrzeug 100 verbunden sind („rechts“, „links“, „vorne“, „hinten“, „oben“ und „unten“), basieren auf der Lage eines Fahrers im Fahrzeug 100. In 1 zeigt eine positive Richtung der X-Achse eine Fahrzeugvorderseite an, eine positive Richtung der Y-Achse zeigt eine Oberseite in Schwerkraftrichtung an und eine positive Richtung der Z-Achse zeigt eine rechte Fahrzeugseite an. Das heißt, eine X-Achsenrichtung zeigt eine Längsrichtung eines Fahrzeugs an, eine Y-Achsenrichtung zeigt eine Gravitations- bzw. Schwerkraftrichtung an und eine Z-Achsenrichtung zeigt eine Breitenrichtung eines Fahrzeugs an. Die Achsen X, Y und X sind in 1 und den folgenden Zeichnungen identisch.
Das Fahrzeug 100 beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel (nachfolgend einfach als „Brennstoffzelle“ bezeichnet) 10, eine Auslassleitung 38 mit einer Auslassöffnung 75, einen Anodengastank 60 und einen Anodengasdetektor 70. Die Brennstoffzelle 10 weist beispielsweise eine Konfiguration auf, bei der Leistungerzeugungsmodule mit einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA), bei der an beiden Seiten einer Elektrolytmembran die beiden Elektroden der Anode und Kathode angebracht sind, gestapelt werden. Die Brennstoffzelle 10 erzeugt elektrischen Strom bzw. elektrische Leistung durch elektrochemische Reaktionen zwischen einem Wasserstoffgas, das als Anodengas dient, das aus dem Anodengastank 60 zugeführt wird, und Sauerstoff, der als Kathodengas dient, aus der Atmosphäre. Bei dieser Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 10 auf der Vorderseite (in +X-Achsrichtung) des Fahrzeugs 100 angeordnet. Insbesondere ist die Brennstoffzelle 10 in Längsrichtung (X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 an einer Stelle angeordnet, an der ein Teil derselben ein Vorderrad FW überlappt.
Bei dieser Ausführungsform beinhaltet der Anodengastank 60 des Fahrzeugs 100 einen ersten Anodengastank 62, einen zweiten Anodengastank 64 und einen dritten Anodengastank 66. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Anodengastank 62 zwischen dem Vorderrad FW und einem Hinterrad RW in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 vorgesehen, und ist in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 angeordnet. Der zweite Anodengastank 64 ist an einer Position vorgesehen, die das Hinterrad RW in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 überlappt, und ist in Breitenrichtung (der Z-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 angeordnet. Der dritte Anodengastank 66 ist an einer Stelle vorgesehen, an der ein Teil davon das Hinterrad RW in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 überlappt, und ein anderer Teil davon liegt hinter dem Hinterrad RW und ist in Breitenrichtung (der Z-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der zweite Anodengastank 64 weiter auf der Vorderseite (die +X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 vorgesehen als der dritte Anodengastank 66.
Der Anodengasdetektor 70 ist eine Vorrichtung, die das Austreten eines Anodengases erkennt. Bei dieser Ausführungsform ist der Anodengasdetektor 70 eine Vorrichtung, die auch eine Konzentration eines Anodengases messen kann. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet der Anodengasdetektor 70 einen ersten Anodengasdetektor 72 und einen zweiten Anodengasdetektor 74. So kann beispielsweise ein Wasserstoffdetektor als Anodengasdetektor verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform ist der erste Anodengasdetektor 72 oberhalb des Anodengastanks 60 vorgesehen, um das Austreten eines Anodengases aus dem Anodengastank 60 zu erfassen. Insbesondere ist der erste Anodengasdetektor 72 zwischen dem Vorderrad FW und dem Hinterrad RW in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 vorgesehen, und ist insbesondere an einer Position in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 vorgesehen, die sich hinter der Mitte des Fahrzeugs 100 und vor dem Hinterrad RW befindet.
Bei dieser Ausführungsform ist der zweite Anodengasdetektor 74 oberhalb der Brennstoffzelle 10 vorgesehen, um das Austreten eines Anodengases aus der Brennstoffzelle 10 zu erfassen. Insbesondere ist der zweite Anodengasdetektor 74 an einer Position vorgesehen, die die Brennstoffzelle 10 in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 überlappt. Die Anzahl oder Anordnung der Anodengasdetektoren 70 und die Anzahl oder Anordnung der Anodengastanks 60 sind beliebig wählbar.
Die Auslassleitung 38 ist vorgesehen, um Gas, das nicht für die Brennstoffzelle 10 verwendet wurde, oder Wasser, das in der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, aus dem Fahrzeug nach außen zu leiten. Die Auslassöffnung 75 der Auslassleitung 38 ragt aus einem Loch, das in einer Unterbodenabdeckung 77 des Fahrzeugs 100 ausgebildet ist, vom Fahrzeug 100 nach unten. Bei dieser Ausführungsform ist die Auslassöffnung 75 zwischen dem Vorderrad FW und dem Hinterrad RW in Längsrichtung (der X-Achsrichtung) vorgesehen.
2 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 110 darstellt, das im Fahrzeug 100 montiert ist. Das Brennstoffzellensystem 110 beinhaltet eine Brennstoffzelle 10, einen Kathodengasströmungskanal 20, einen Anodengasströmungskanal 30, eine Auslassleitung 38 und eine Steuereinheit 80.
Der Kathodengasströmungskanal 20 ist ein Strömungskanal, der ein Kathodengas zur und von der Brennstoffzelle 10 liefert und abgibt. Der Kathodengasströmungskanal 20 beinhaltet einen Kathodengaszufuhrkanal 22, der der Brennstoffzelle 10 ein Kathodengas zuführt, einen Kathodengasauslasskanal 24, der ein Kathodengas aus der Brennstoffzelle 10 austrägt, und einen Bypass-Strömungskanal 26, der es dem Kathodengaszufuhrkanal 22 und dem Kathodengasauslasskanal 24 ermöglicht, miteinander zu kommunizieren.
Im Kathodengaszufuhrkanal 22 sind ein Luftmassenmesser 40, ein Verdichter 42 und ein EIN-AUS-Ventil 44 nacheinander von stromaufwärts nach stromabwärts angeordnet. Der Luftmassenmesser 40 ist ein Gerät, das den Volumenstrom bzw. die Flussrate der Ansaugluft misst. Der Verdichter 42 ist eine Vorrichtung, die die Ansaugluft verdichtet und die Druckluft als Kathodengas der Brennstoffzelle 10 zuführt. Das EIN-AUS-Ventil 44 ist ein Ventil, das den Durchfluss eines Kathodengases vom Verdichter 42 zur Brennstoffzelle 10 steuert.
Im Kathodengasauslasskanal 24 ist ein Druckregelventil 46 vorgesehen, das den Druck eines Kathodengases auf einer Kathodenauslassseite der Brennstoffzelle 10 steuert. Ein Strömungsregelventil 48, das eine Flussrate eines Kathodengases im Bypass-Strömungskanal 26 steuert, ist im Bypass-Strömungskanal 26 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist der Bypass-Strömungskanal 26 ein Strömungskanal, der einen Teil zwischen dem Verdichter 42 und dem EIN-AUS-Ventil 44 im Kathodengaszufuhrkanal 22 mit einem stromabwärts vom Drucksteuerventil 46 liegenden Teil im Kathodengasauslasskanal 24 verbindet.
Der Anodengasströmungskanal 30 ist ein Strömungskanal, der ein Anodengas zur und von der Brennstoffzelle 10 liefert und abgibt. Der Anodengasströmungskanal 30 beinhaltet einen Anodengaszufuhrkanal 32, der der Brennstoffzelle 10 ein Anodengas zuführt, einen Anodengasauslasskanal 34, der ein Anodengas aus der Brennstoffzelle 10 austrägt, und einen Anodengasumwälzkanal 36, der es dem Anodengaszufuhrkanal 32 und dem Anodengasauslasskanal 34 ermöglicht, miteinander zu kommunizieren.
Der Anodengaszufuhrkanal 32 ist mit dem Anodengastank 60 verbunden. Im Anodengaszufuhrkanal 32 sind ein EIN-AUS-Ventil 52, ein Regler 54 und ein Injektor 56 nacheinander von stromaufwärts nach stromabwärts vorgesehen. Das EIN-AUS-Ventil 52 ist ein Ventil, das den Durchfluss eines Anodengases aus dem Anodengastank 60 nach stromaufwärts vom Injektor 56 steuert. Der Regler 54 ist ein Ventil, das einen Druck eines Anodengases stromaufwärts des Injektors 56 steuert. Der Injektor 56 ist ein Ventil, das den Durchfluss eines Anodengases in die Brennstoffzelle 10 steuert. Bei dieser Ausführungsform ist der Injektor 56 stromaufwärts von einem Teil des Anodengaszufuhrkanals 32 vorgesehen, der mit dem Anodengasumwälzkanal 36 verbunden ist.
Der Anodengasauslasskanal 34 ist mit einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 verbunden. Der Anodengasauslasskanal 34 führt ein nicht umgesetztes Gas (Anodengas, Stickstoffgas oder dergleichen), das nicht für die elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 10 verwendet wurde, zum Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58.
Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 trennt Gas und Flüssigkeit, die aus der Anode der Brennstoffzelle 10 abgeführt werden. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 ist mit dem Anodengasumwälzkanal 36 und der Auslassleitung 38 verbunden. Der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 führt ein nicht umgesetztes Anodengas, das nicht für die elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 10 verwendet wurde, zum Anodengasumwälzkanal 36 und leitet Flüssigkeit einschließlich Wasser oder Stickstoffgas, das in der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, zur Auslassleitung 38.
Die Auslassleitung 38 ist eine Leitung, die Flüssigkeit und Gas, die durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 abgeschieden wurden, aus dem Brennstoffzellensystem 110 nach außen ableitet. In der Auslassleitung 38 sind ein Ablassventil 57, das Gas und Flüssigkeit ableitet, und ein Schalldämpfer 59, der den Schall beim Ableiten von Gas und Flüssigkeit reduziert, nacheinander von stromaufwärts nach stromabwärts vorgesehen, und die Auslassöffnung 75 ist an einem Ende der Auslassleitung 38 vorgesehen. Eine Substanz, die aus der Auslassöffnung 75 abgegeben wird, beinhaltet Wasser, das im Fahrzeug 100 erzeugt wird, Stickstoffgas, das in einem Anodenabgas enthalten ist, und ein Kathodenabgas, und kann eine geringe Menge Anodengas (Wasserstoffgas) beinhalten. Das heißt, die Auslassleitung 38 leitet auch Gas ab, das ein Anodengas und ein Kathodengas beinhaltet.
Bei dieser Ausführungsform ist der Kathodengasauslasskanal 24 zwischen dem Ablassventil 57 und dem Schalldämpfer 59 der Auslassleitung 38 angeschlossen. Dementsprechend dienen der Kathodengasströmungskanal 20 und der Verdichter 42 sowie die im Kathodengasströmungskanal 20 vorgesehenen Ventile 44, 46 und 48 als „Kathodengasversorgungseinheit“, die ein Kathodengas zur Auslassöffnung 75 liefert.
Im Anodengasumwälzkanal 36 ist eine Pumpe 50 vorgesehen. Die Pumpe 50 fördert Gas einschließlich eines Anodengases, das durch den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 58 abgeschieden wurde, in den Anodengaszufuhrkanal 32. Im Brennstoffzellensystem 110 wird der Nutzungsgrad eines Anodengases verbessert, indem das Anodengas zirkuliert und das Anodengas wieder der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird.
Die Steuereinheit 80 ist als Computer mit einem Prozessor (CPU), einem Speicher und einer Schnittstellenschaltung ausgebildet, mit der die oben genannten Elemente verbunden sind. Die Steuereinheit 80 gibt Signale zum Steuern des Starts und Stopps von Komponenten des Brennstoffzellensystems 110 gemäß einem Befehl eines elektronischen Steuergeräts (ECU) 82 aus. Die ECU 82 ist eine Steuereinheit, die das Fahrzeug 100 einschließlich des Brennstoffzellensystems 110 als Ganzes steuert. So steuert beispielsweise die ECU 82 im Fahrzeug 100 das Fahrzeug 100 basierend auf Werten einer Mehrzahl von Betriebszustandsparametern, wie beispielsweise einem Betrag der Betätigung eines Gaspedals, einem Betrag der Betätigung eines Bremspedals und einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Der „Betriebszustandsparameter“ bezieht sich auf einen Parameter, der einen Betriebszustand des Fahrzeugs 100 einschließlich des Brennstoffzellensystems 110 anzeigt, und die Leistungsaufnahme eines Antriebsmotors 96 sowie die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Leistung sind ebenfalls eine Art von Betriebszustandsparametern. Die ECU 82 kann als Teil einer Funktion der Steuereinheit 80 enthalten sein. Die CPU steuert die Stromerzeugung im Brennstoffzellensystem 110 und realisiert einen Überflutungsbestimmungsprozess, der später beschrieben wird, durch Ausführen eines im Speicher gespeicherten Steuerprogramms. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 97, der eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Fahrzeugs 100 misst, ein Beschleuniger- bzw. Gaspedalbetätigungsbetragssensor 98, der einen Betrag einer Betätigung eines Gaspedals misst, und eine Neigungswinkelerfassungseinheit 99, die einen Neigungswinkel in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs in Bezug auf eine horizontale Ebene erfasst, sind mit der Steuereinheit 80 verbunden. Beispielsweise ein Dreiachsen-Beschleunigungssensor oder ein Gyrosensor als Neigungswinkelerfassungseinheit 99 verwendet werden. Der Gaspedalbetätigungsbetragssensor 98 und die Neigungswinkelerfassungseinheit 99 können an die ECU 82 angeschlossen sein. Die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 wird durch Differenzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 erfasst.
Ein DC/DC-Wandler bzw. Gleichstromwandler 94 erhöht eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 und liefert die erhöhte Spannung an eine Leistungssteuereinheit (PCU) 95. Die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Leistung wird über eine Stromversorgungsschaltung einschließlich der PCU 95 einer Last zugeführt, wie beispielsweise dem Antriebsmotor 96, der Fahrzeugräder antreibt, oder dem Verdichter 42, der Pumpe 50 und verschiedenen Ventilen. In der PCU 95 ist eine Messeinheit für eine elektrische Motorleistung 93 vorgesehen, die die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 96 misst. Die PCU 95 begrenzt einen Strom der Brennstoffzelle 10 unter der Steuerung des Steuergerätes 80. Zwischen der Brennstoffzelle 10 und dem Gleichstromwandler 94 sind ein Strommesser 91 zum Messen eines Stroms der Brennstoffzelle 10 und eine Spannungserfassungseinheit 92 zum Messen einer Spannung der Brennstoffzelle 10 vorgesehen. Der Strommesser 91 und die Spannungserfassungseinheit 92 dienen als „zweite Messeinheit für elektrische Leistung“, die die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung misst.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Überflutungsbestimmungsprozess veranschaulicht, der von der Steuereinheit 80 ausgeführt wird. Der Überflutungsbestimmungsprozess wird während des Betriebs des Fahrzeugs 100 wiederholt ausgeführt. Die Steuereinheit 80 startet den Überflutungsbestimmungsprozess gleichzeitig mit dem Starten einer Ausgabeanforderung von der ECU 82 an die Brennstoffzelle 10. Ein Beispiel für den Zeitpunkt, zu dem eine Ausgabeanforderung von der ECU 82 an die Brennstoffzelle 10 gestartet wird, ist ein Zeitpunkt, zu dem ein Fahrer des Fahrzeugs 100 einen Startschalter zum Starten des Betriebs des Fahrzeugs 100 betätigt. Die Steuereinheit 80 beendet den Überflutungsbestimmungsprozess zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgabeanforderung von der ECU 82 an die Brennstoffzelle 10 beendet wird.
Wenn der Überflutungsbestimmungsprozess gestartet wird, bestimmt die Steuereinheit 80 zunächst, ob eine Überflutungsbedingung erfüllt ist. Die „Überflutungsbedingung“ bedeutet hier, dass eine Mehrzahl von Betriebszustandsparametern, einschließlich der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 96 und der Geschwindigkeit sowie der Beschleunigung des Fahrzeugs 100, eine vorgegebene Bedingung erfüllt, die in einem Zustand als erfüllt angenommen wird, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung 75 erreicht hat. So kann beispielsweise eine der folgenden Überflutungsbedingungen 1 und 2 als Überflutungsbedingung verwendet werden.
<Überflutungsbedingung 1>
Ein Zustand, bei dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 96 ist gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert für die elektrische Motorleistung, (ii) die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener Geschwindigkeitsschwellenwert, und (iii) die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener Beschleunigungsschwellenwert, erfüllt sind, wird kontinuierlich für einen vorgegebenen Zeitschwellenwert oder mehr beibehalten.
Wenn eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung 75 erreicht, wird geschätzt, dass die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 auch dann auf einem niedrigen Wert bleibt, wenn der Antriebsmotor 96 mit einer erheblichen Leistungsaufnahme arbeitet. Dementsprechend kann bei Vorliegen der Überflutungsbedingung 1 geschätzt werden, dass die Wasseroberfläche die Auslassöffnung 75 erreicht hat. Hinsichtlich der Schwellenwerte der Überflutungsbedingung 1 ist beispielsweise der Schwellenwert für die elektrische Motorleistung auf 1/3 der maximalen Ausgangsleistung des Antriebsmotors 96 eingestellt, der Geschwindigkeitsschwellenwert des Fahrzeugs 100 ist auf 30 km/h eingestellt, der Beschleunigungsschwellenwert ist auf 0,1 m/s² eingestellt und der Zeitschwellenwert ist auf 2 Sekunden eingestellt. Diese Schwellenwerte können experimentell bestimmt werden. Da in dieser Ausführungsform die maximale Ausgangsleistung des Antriebsmotors 96 120 kW beträgt, entspricht „1/3 der maximalen Ausgangsleistung“ 40 kW. Die Schwellenwerte der Überflutungsbedingung 1 sind hierauf nicht beschränkt, und beispielsweise kann der Schwellenwert für die elektrische Motorleistung auf 70% der maximalen Ausgangsleistung des Motors oder auf 80% der maximalen Ausgangsleistung des Motors eingestellt werden. Der Schwellenwert für die elektrische Motorleistung kann z.B. auf 50 kW eingestellt werden. Ebenso kann beispielsweise der Geschwindigkeitsschwellenwert auf 25 km/h oder 20 km/h eingestellt werden. So kann beispielsweise der Beschleunigungsschwellenwert auf 0,5 m/s² oder 1,0 m/s² eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zeitschwellenwert auf 5 Sekunden oder 10 Sekunden eingestellt werden.
<Überflutungsbedingung 2>
Ein Zustand, bei dem fünf Bedingungen: (i) der Betrag der Betätigung des Gaspedals ist gleich oder größer als ein vorgegebener Betätigungsbetragschwellenwert, (ii) die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Leistung ist gleich oder größer als ein vorgegebener Ausgangsleistungsschwellenwert, (iii) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 96 ist gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellenwert für die elektrische Motorleistung, (iv) die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener Geschwindigkeitsschwellenwert, und (v) die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener Beschleunigungsschwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen Zeitschwellenwert oder mehr beibehalten wird.
Da die Überflutungsbedingung 2 eine größere Anzahl von Betriebszustandsparametern beinhaltet als die Überflutungsbedingung 1, kann ein Zustand, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung 75 erreicht hat, genauer geschätzt werden als bei der Überflutungsbedingung 1. Hinsichtlich der Schwellenwerte der Überflutungsbedingung 2 kann beispielsweise der Betätigungsbetragschwellenwert auf 60% des Maximalwertes der Gaspedalbetätigung eingestellt werden, der Ausgangsleistungsschwellenwert kann auf 60% der maximalen Ausgangsleistung der Brennstoffzelle eingestellt werden, der Schwellenwert für die elektrische Motorleistung kann auf 60% der maximalen Ausgangsleistung des Motors eingestellt werden, der Geschwindigkeitsschwellenwert kann auf 30 km/h eingestellt werden, der Beschleunigungsschwellenwert kann auf 0,1 m/s² eingestellt werden und der Zeitschwellenwert kann auf 2 Sekunden eingestellt werden. Durch die Hinzufügung der Betriebszustandsparameter ist es möglich, eine Kathodengaserhöhungssteuerung durchzuführen, wenn die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung 75 erreicht hat.
Wenn die Steuereinheit 80 feststellt, dass die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist (NEIN in Schritt S110), kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück. Wenn die Steuereinheit 80 hingegen feststellt, dass die Überflutungsbedingung erfüllt ist (JA in Schritt S110), führt die Steuereinheit 80 eine Kathodengaserhöhungssteuerung durch (Schritt S130). Die „Kathodengaserhöhungssteuerung“ bezieht sich auf eine Steuerung zum Erhöhen der Durchflussmenge bzw. Flussrate eines Kathodengases, das der Auslassleitung 38 zugeführt wird, so dass die Durchflussmenge bzw. Flussrate des Kathodengases, wenn die Überflutungsbedingung erfüllt ist, größer ist als die Flussrate des Kathodengases, wenn die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, unter der Bedingung, dass die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte Menge an elektrischer Leistung, wenn die Überflutungsbedingung erfüllt ist, gleich einer von der Brennstoffzelle 10 erzeugten Menge an elektrischer Leistung ist, wenn die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist. Bei dieser Ausführungsform erhöht die Steuereinheit 80 eine Menge an Kathodengas, das der Auslassleitung 38 zugeführt wird, durch Erhöhung der Drehzahl des Verdichters 42, der als Kathodengasversorgungseinheit dient. Bei dieser Ausführungsform wird die Kathodengaserhöhungssteuerung für eine Minute ausgeführt, aber die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt und die Kathodengaserhöhungssteuerung kann beispielsweise solange ausgeführt werden, bis die Überflutungsbedingung nicht (mehr) erfüllt ist. Nachdem die Kathodengaserhöhungssteuerung ausgeführt wurde, kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück. Die Steuereinheit 80 führt die oben genannte Reihe von Prozessen wiederholt durch, bis die Ausgabeanforderung von der ECU 82 beendet ist.
4 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem eine Wasseroberfläche S die Auslassöffnung 75 erreicht hat. Im Allgemeinen diffundiert das aus der Auslassöffnung 75 austretende Gas in die Atmosphäre. Andererseits wird, wenn eine Wasseroberfläche S die Auslassöffnung 75 erreicht, die Diffusion von aus der Auslassöffnung 75 austretendem Gas durch Wasser behindert, und es besteht die Befürchtung, dass das ausgetretene Gas über einen Spalt zwischen der Auslassöffnung 75 und der Unterbodenabdeckung 77 des Fahrzeugs 100 oder andere Lücken in das Fahrzeug 100 eindringen könnte. Infolgedessen besteht die Befürchtung, dass der im Fahrzeug 100 vorgesehene Anodengasdetektor 70 ein im Ausgetragenen Gas enthaltenes Anodengas erfassen kann. Wenn die Konzentration des erfassten Anodengases gleich oder höher als ein vorgegebener Wert (z.B. 3%) ist, besteht die Befürchtung, dass die ECU 82 fälschlicherweise das Austreten von Gas aus dem Anodengastank 60 oder der Brennstoffzelle 10 bestimmen und die Steuereinheit 80 auffordern könnte, den Betrieb des Brennstoffzellensystems 110 einzustellen.
Bei dieser Ausführungsform wird jedoch, wenn die Überflutungsbedingung erfüllt ist, eine Kathodengaserhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Menge an Kathodengas ausgeführt, die der Auslassöffnung 75 zugeführt wird. Dadurch wird eine Menge Anodengas relativ zur Gesamtmenge des aus der Auslassöffnung 75 ausgetragenen Gases verdünnt. Dementsprechend ist es möglich, selbst wenn ausgetragenes Gas in das Fahrzeug 100 eindringt, zu verhindern, dass das ausgetragene Gas vom Anodengasdetektor 70 erfasst wird. Insbesondere besteht bei dieser Ausführungsform die Sorge, da die Auslassöffnung 75 zwischen dem ersten Anodengasdetektor 72 und dem zweiten Anodengasdetektor 74 in Fahrtrichtung (der +X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 vorgesehen ist, dass das in das Fahrzeug 100 eindringende Gas den ersten Anodengasdetektor 72 oder den zweiten Anodengasdetektor 74 erreichen kann. Gemäß dieser Ausführungsform ist es jedoch möglich, durch die Kathodengaserhöhungssteuerung effektiv zu verhindern, dass fälschlicherweise das Austreten von Anodengas durch den Anodengasdetektor 70 erkannt wird.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Überflutungsbestimmungsprozess gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Die zweite Ausführungsform ist gleich der ersten Ausführungsform, außer dass Schritt S120 zusätzlich zwischen Schritt S110 und Schritt S130 vorgesehen ist.
In der zweiten Ausführungsform bestimmt die Steuereinheit 80, wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass die Überflutungsbedingung erfüllt ist (JA in Schritt S110), ob ein Neigungswinkel in Längsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Fahrzeugs 100 in Bezug auf eine horizontale Ebene kleiner als +3° ist (Schritt S120). Bei dieser Ausführungsform wird der Neigungswinkel von der Neigungswinkelerfassungseinheit 99 erfasst. Wenn hierbei der Neigungswinkel einen „+“ (positiven) Wert hat, liegt die Vorderseite des Fahrzeugs 100 in vertikaler Richtung höher als das Heck des Fahrzeugs 100, was eine Steigungsneigung bzw. eine bergauf weisende Neigung anzeigt. Wenn der Neigungswinkel einen „-“ (negativen) Wert aufweist, befindet sich die Vorderseite des Fahrzeugs 100 in vertikaler Richtung niedriger als das Heck des Fahrzeugs 100, was auf eine Gefälleneigung bzw. eine bergab weisende Neigung hinweist.
Wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass der Neigungswinkel kleiner als +3° ist (JA in Schritt S120), führt die Steuereinheit 80 eine Kathodengaserhöhungssteuerung durch (Schritt S130). Wenn das Steuereinheit 80 hingegen bestimmt, dass der Neigungswinkel gleich oder größer als +3° ist (NEIN in Schritt S120), kehrt der Ablauf zu Schritt S110 zurück. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird, wenn der Neigungswinkel eine Steigungsneigung von +3° oder mehr anzeigt, die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht ausgeführt. Dementsprechend ist es mit der zweiten Ausführungsform möglich, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, da die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht in einer Situation ausgeführt wird, in der davon ausgegangen wird, dass das Fahrzeug 100 auf einer bergauf führenden Straße fährt. Bei dieser Ausführungsform wird Schritt S120 zwischen Schritt S110 und Schritt S130 ausgeführt, aber die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt und Schritt S120 kann vor Schritt S110 ausgeführt werden.
Weitere Ausführungsformen
Bei den oben genannten Ausführungsformen erhöht die Steuereinheit 80 als Kathodengaserhöhungssteuerung eine Menge des der Auslassöffnung 75 zugeführten Kathodengases, indem sie die Drehzahl des als Kathodengasversorgungseinheit dienenden Verdichters 42 erhöht. Ein Verfahren zur Erhöhung der Menge an Kathodengas, das der Auslassöffnung 75 zugeführt wird, ist jedoch hierauf nicht beschränkt. So kann beispielsweise die Menge des Kathodengases, das der Auslassöffnung 75 zugeführt wird, erhöht werden, indem das EIN-AUS-Ventil 44 des Kathodengaszufuhrkanals 22 und das Strömungssteuerventil 48 des Bypass-Strömungskanals 26 so gesteuert werden, dass die Menge des durch den Bypass-Strömungskanal 26 strömenden Kathodengases erhöht wird.
Das heißt, als Kathodengaserhöhungssteuerung kann eine Bypass-Strömungserhöhungssteuerung zum Erhöhen einer Flussrate des Kathodengases im Bypass-Strömungskanal 26 im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht ausgeführt wird, ausgeführt werden. Da im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Durchfluss bzw. die Flussrate des Kathodengases erhöht wird, das durch die Brennstoffzelle 10 strömt und die Auslassöffnung 75 erreicht, ein Druckverlust abnimmt, indem der Durchfluss bzw. die Flussrate des Kathodengases erhöht wird, das durch den Bypass-Strömungskanal 26 strömt und die Auslassöffnung 75 erreicht, ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
Das Brennstoffzellensystem 110 kann ferner eine Druckmesseinheit beinhalten, die einen Druck an einem Kathodengaseinlass oder einem Kathodengasauslass der Brennstoffzelle 10 misst und die Bypass-Strömungserhöhungssteuerung nicht durchführen, wenn der von der Druckmesseinheit gemessene Druck gleich oder größer als ein vorgegebener Druckschwellenwert ist. Der Druckschwellenwert kann beispielsweise ein Druck sein, bei dem der Durchfluss bzw. die Flussrate des Kathodengases am Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle 10 700 NL/min beträgt, oder ein Druck, bei dem der Durchfluss bzw. die Flussrate des Kathodengases 1500 NL/min beträgt. Wenn demnach davon ausgegangen wird, dass das aus der Auslassöffnung 75 austretende Anodengas durch das aus der Brennstoffzelle 10 austretende Kathodengas hinreichend verdünnt wird, braucht keine unnötige Unterdrückungskontrolle ausgeführt werden.
Wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass nach dem Schließen des Ablassventils 57 eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, braucht die Steuereinheit 80 bei der oben genannten Ausführungsform die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht durchführen. Die vorgegebene Zeit kann beispielsweise 5 Sekunden, 3 Sekunden oder 10 Sekunden betragen. Dementsprechend wird die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht ausgeführt, wenn die Überflutungsbedingung durch Öffnen des Ablassventils 57 nicht als erfüllt angesehen wird. Das heißt, in einer Situation, in der angenommen wird, dass tatsächlich Anodenleckagen auftreten, wird die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht ausgeführt. Dadurch ist es möglich, Anodenleckagen zufriedenstellend zu erkennen.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen kann bei Erfüllung der Überflutungsbedingung zusätzlich zur Kathodengaserhöhungssteuerung oder anstelle der Kathodengaserhöhungssteuerung eine Lockerungssteuerung zum Lockern eines Erfassungskriteriums, das für den Anodengasdetektor 70 zum Erkennen von Leckagen eines Anodengases verwendet wird, in einem begrenzten Bereich ausgeführt werden, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist. Wenn hier eine durchschnittliche Konzentration des Anodengases in einer Erfassungsdauer (z.B. 2 Sekunden) größer als ein durchschnittlicher Konzentrationsschwellenwert (z.B. 3%) ist, ist das Erfassungskriterium in dieser Ausführungsform erfüllt und der Anodengasdetektor 70 erkennt das Austreten eines Anodengases. Der begrenzte Bereich bedeutet, dass die durchschnittliche Konzentration des Anodengases für 3 Sekunden weniger als 4% beträgt.
So wird beispielsweise bei der Lockerungssteuerung der durchschnittliche Konzentrationsschwellenwert auf eine erste Konzentration (z.B. 3%) eingestellt, wenn die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, und auf eine zweite Konzentration (z.B. 4%), wenn die Überflutungsbedingungen erfüllt sind. Durch diese Lockerung des Erfassungskriteriums innerhalb des begrenzten Bereichs ist es möglich, zu verhindern, dass der Anodengasdetektor 70 fälschlicherweise das Austreten eines Anodengases erkennt, auch wenn das aus der Auslassöffnung 75 austretende Gas in das Fahrzeug 100 gelangt. Die Lockerungssteuerung ist hierauf nicht beschränkt und die Erfassungszeit kann gelockert werden. Insbesondere kann die Erfassungsdauer auf eine erste Zeitdauer (z.B. 2 Sekunden) eingestellt werden, wenn die Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, und auf eine zweite Zeitdauer (z.B. 3 Sekunden), die länger ist als die erste Zeitdauer, wenn die Überflutungsbedingung erfüllt ist. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass der Anodengasdetektor 70 fälschlicherweise das Austreten eines Anodengases erkennt, selbst wenn das aus der Auslassöffnung 75 austretende Gas in das Fahrzeug 100 eindringt, da eine Spitze der durchschnittlichen Konzentration abnimmt. Die Lockerung über die Erfassungszeit kann parallel zur Lockerung mit dem mittleren Konzentrationsschwellenwert ausgeführt werden.
Wenn bei den oben genannten Ausführungsformen eine Erhöhung der Konzentration des Anodengases, die durch den Anodengasdetektor 70 erfasst wird, einen vorgegebenen zulässigen Bereich überschreitet, braucht die Steuereinheit 80 die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht durchführen. Das heißt, wenn eine Erhöhung der Konzentration des Anodengases innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums (z.B. 10 Sekunden) einen vorgegebenen zulässigen Bereich überschreitet (z.B. 3%), braucht die Steuereinheit 80 die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht durchführen. Da die Kathodengaserhöhungssteuerung nicht in einer Situation ausgeführt wird, in der davon ausgegangen wird, dass tatsächlich Anodenleckagen auftreten, ist es daher möglich, Anodenleckagen zufriedenstellend zu erkennen.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist die Obergrenze der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 96 bei den Überflutungsbedingungen 1 und 2 nicht besonders begrenzt und beispielsweise kann die maximale Leistung des Antriebsmotors 96 eingesetzt werden. Ebenso ist die untere Grenze der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 bei den Überflutungsbedingungen 1 und 2 nicht besonders begrenzt und es kann beispielsweise 0 km/h verwendet werden. Die untere Grenze der Beschleunigung bei den Überflutungsbedingungen 1 und 2 ist nicht besonders begrenzt und es kann z.B. -10 m/s² eingesetzt werden.
Bei den oben genannten Ausführungsformen wird Wasserstoffgas als Anodengas verwendet, aber die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. So kann beispielsweise Alkohol oder Kohlenwasserstoff verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne von ihrem Kern abzuweichen. So können beispielsweise die technischen Merkmale der Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen in den in der KURZFASSUNG DER ERFINDUNG beschriebenen Aspekten entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erzielen. Die technischen Merkmale können in geeigneter Weise weggelassen werden, sofern sie in dieser Beschreibung nicht als wesentlich beschrieben sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008279955 A [0002]
JP 2010061960 A [0002]

Claims

Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem mit einem Anodengasdetektor (70) montiert ist, wobei das Fahrzeug aufweist: eine Brennstoffzelle (10), die elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Anodengas und einem Kathodengas erzeugt; eine Auslassleitung (38), die eine Auslassöffnung zum Austragen von Gas einschließlich des Anodengases und des Kathodengases aufweist; eine Kathodengasversorgungseinheit (42, 44, 46, 48), die der Auslassleitung (38) das Kathodengas zuführt; einen Antriebsmotor (96), der Räder des Fahrzeugs antreibt; eine erste Messeinheit für elektrische Leistung (93), die eine Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) misst; eine zweite Messeinheit für elektrische Leistung (91, 92), die eine von der Brennstoffzelle (10) erzeugte elektrische Leistung misst; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (97), der eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung des Fahrzeugs misst; und eine Steuereinheit (80), die konfiguriert ist, um die Kathodengasversorgungseinheit (42, 44, 46, 48) zu steuern, wobei die Steuereinheit (80) konfiguriert ist, um, wenn eine Mehrzahl von Betriebszustandsparametern eine vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt hat, eine Kathodengaserhöhungssteuerung auszuführen, um eine Flussrate des von der Kathodengasversorgungseinheit (42, 44, 46, 48) zur Auslassleitung (38) zugeführten Kathodengases zu erhöhen, so dass die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, größer ist als die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, unter der Bedingung, dass eine von der Brennstoffzelle (10) erzeugte Menge an elektrischer Leistung, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, gleich einer Menge an elektrischer Leistung ist, die von der Brennstoffzelle (10) erzeugt wird, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, wobei die Mehrzahl von Betriebszustandsparametern die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) und die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung des Fahrzeugs umfassen, und wobei davon ausgegangen wird, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung in einem Zustand erfüllt ist, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht, und wobei die Steuereinheit (80) konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) ist gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert, (ii) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, und (iii) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der erste Schwellenwert auf 1/3 einer maximalen Ausgangsleistung des Antriebsmotors (96) eingestellt ist, der zweite Schwellenwert auf 30 km/h eingestellt ist, der dritte Schwellenwert auf 0,1 m/s² eingestellt ist und der vierte Schwellenwert auf 2 Sekunden eingestellt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Gaspedalbetätigungsbetragssensor (98), der einen Betrag einer Betätigung des Gaspedals des Fahrzeugs misst, wobei die Steuereinheit (80) konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest fünf Bedingungen: (i) der Betrag der Betätigung des Gaspedals ist gleich oder größer als ein vorgegebener fünfter Schwellenwert, (ii) die Menge der von der Brennstoffzelle (10) erzeugten elektrischen Leistung ist gleich oder größer als ein vorgegebener sechster Schwellenwert, (iii) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) ist gleich oder größer als der vorgegebene erste Schwellenwert, (iv) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als der vorgegebene zweite Schwellenwert, und (v) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als der vorgegebene dritte Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für den vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend eine Neigungswinkelerfassungseinheit (99), die konfiguriert ist, um einen Neigungswinkel in einer Längsrichtung des Fahrzeugs in Bezug auf eine horizontale Ebene zu erfassen, wobei die Steuereinheit (80) konfiguriert ist, um die Kathodengaserhöhungssteuerung zu verhindern, wenn der Neigungswinkel eine Steigungsneigung von +3° oder mehr anzeigt.
Steuerverfahren für ein Fahrzeug, in dem ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle (10), die elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Anodengas und einem Kathodengas erzeugt, eine Auslassleitung (38), die eine Auslassöffnung zum Austragen von Gas einschließlich des Anodengases und des Kathodengases aufweist, eine Kathodengasversorgungseinheit (42, 44, 46, 48), die der Auslassleitung (38) das Kathodengas zuführt, und ein Antriebsmotor (96), der Räder des Fahrzeugs antreibt, montiert sind, wobei das Steuerverfahren aufweist: wenn eine Mehrzahl von Betriebszustandsparametern eine vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt hat, Ausführen einer Kathodengaserhöhungssteuerung, um eine Flussrate des von der Kathodengasversorgungseinheit (42, 44, 46, 48) zur Auslassleitung (38) zugeführten Kathodengases zu erhöhen, so dass die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, größer ist als die Flussrate des Kathodengases, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, unter der Bedingung, dass eine von der Brennstoffzelle (10) erzeugte Menge an elektrischer Leistung, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, gleich einer Menge an elektrischer Leistung ist, die von der Brennstoffzelle (10) erzeugt wird, wenn die vorgegebene Überflutungsbedingung nicht erfüllt ist, wobei die Mehrzahl von Betriebszustandsparametern die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) und eine Geschwindigkeit sowie eine Beschleunigung des Fahrzeugs umfassen, und wobei davon ausgegangen wird, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung in einem Zustand erfüllt ist, bei dem eine Wasseroberfläche die Auslassöffnung erreicht; und Bestimmen, dass die vorgegebene Überflutungsbedingung erfüllt ist, wenn ein Zustand, bei dem zumindest drei Bedingungen: (i) die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors (96) ist gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert, (ii) die Geschwindigkeit ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert, und (iii) die Beschleunigung ist gleich oder kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenwert, erfüllt sind, kontinuierlich für einen vorgegebenen vierten Schwellenwert oder mehr beibehalten wird.