DE10393952B3

DE10393952B3 - Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem

Info

Publication number: DE10393952B3
Application number: DE10393952A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiro Toyota Ishikawa; Hitoshi Kagamihara Sato; Takashi Kariya Hyogo
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP4248225B2; CA2502840A1; CN100454637C; US7967572B2; US20060153687A1; CN1930713A; KR100653157B1; WO2004040684A2; KR20050062779A; JP2004152729A; CA2502840C; WO2004040684A3

Abstract

Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 208), mit:
einer wasserstoffbetriebenen Antriebsquelle (22);
einem Zufuhrsystem, das der Antriebsquelle (22) gasförmigen Brennstoff von einem Brennstoffzufuhrbehälter (24) zuführt und in dem eine Pumpe (32) vorgesehen ist, die von einem sensorlosen Motor (34) angetrieben wird;
einer Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) zum Erfassen mehrerer Arten von unterschiedlichen Abnormalitäten hinsichtlich eines Antreibens des Motors (34) mit einer vorgegebenen Häufigkeit, nachdem eine Anweisung gegeben wurde, den Motor (34) zu starten, bis eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist; und
einer Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S150; S290, S300) zum Bestimmen, dass im Zufuhrsystem eine Abnormalität aufgetreten ist, wenn eine Gesamtzahl von Abnormalitätserfassungen (N) durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) gleich hoch wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert (Nref) ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein wasserstoffbetriebenes Antriebssystem und insbesondere auf ein wasserstoffbetriebenes Antriebssystem, das ein Zufuhrsystem verwendet, um einer wasserstoffbetriebenen Antriebsquelle gasförmigen Brennstoff von einem Brennstoffversorgungsbehälter zuzuführen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Als wasserstoffbetriebenes Antriebssystem ist ein Brennstoffsystem bekannt, in dem einer Brennstoffzelle Wasserstoff zugeführt wird, der von einem Reformer erzeugt wird ( US 4,741,978 A ).
Als eine weitere Art eines wasserstoffbetriebenen Antriebssystems ist eine Technologie vorgeschlagen worden, in der in einem Brennstoffzellensystem sowohl Wasserstoff, der von einem Brennstoffzufuhrsystem über einen Wasserstoffzirkulationsweg zu einer Brennstoffzelle zugeführt wird, als auch Sauerstoff, der von einem Oxidiermittelzufuhrsystem über einen Oxidiermittelzirkulationsweg zugeführt wird, zirkuliert ( JP 07-240220 A ). Dieses System zielt darauf ab, den Nutzungsgrad von Wasserstoff und Sauerstoff zu verbessern, die von dem Brennstoffzufuhrsystem und dem Oxidationsmittelzufuhrsystem zugeführt werden, indem der Wasserstoff und der Sauerstoff, die noch nicht in der Brennstoffzelle verbraucht wurden, unter Verwendung der Zirkulationswege zirkuliert werden.
Diese Art eines wasserstoffbetriebenen Antriebssystems verwendet eine Zirkulationspumpe, die durch einen Motor angetrieben ist, um den Wasserstoff und Sauerstoff zu zirkulieren. Ein Drehpositionssensor, wie beispielsweise ein Drehmelder, wird typischerweise in einer Antriebssteuerung des Motors verwendet, um die Drehposition des Motors genau zu erfassen. Wenn jedoch ein Drehpositionssensor für eine Antriebssteuerung eines Motors verwendet wird, der mit einer Wasserstoffzirkulationspumpe verwendet wird, kann sich ein Sensor durch Wasserstoffversprödung oder dergleichen verschlechtern, so dass er untauglich ist, das Antreiben des Motors zu steuern, was den Betrieb des Systems behindern kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe des wasserstoffbetriebenen Antriebssystems dieser Erfindung ist, eine Betriebsstörung des Systems durch eine Sensorverschlechterung zu verhindern und bei einem Systemstart schnell und zuverlässig zu bestimmen, ob es eine Abnormalität in den Zufuhr- und Zirkulationssystemen gibt.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung das wasserstoffbetriebene Antriebssystem gemäß Anspruch 1 vor.
Das wasserstoffbetriebene Antriebssystem gemäß dieser Erfindung verwendet ein Zufuhrsystem, das gasförmigen Brennstoff von einem Brennstoffversorgungsbehälter zu einer Brennstoffzelle zuführt. Eine Eigenschaft des Systems ist, dass das Zufuhrsystem eine Pumpe verwendet, die durch einen sensorlosen Motor angetrieben wird.
Ein sensorloser Pumpenmotor ist bereits aus der EP 1 235 340 A2 bekannt, wobei dieser Pumpenmotor eine Pumpe antreibt, die ein Automatikgetriebe in einem Kraftfahrzeug mit Arbeitsfluid versorgt, und durch die hohe Umgebungstemperatur ansonsten die Gefahr bestünde, dass der Sensor des Pumpenmotors ausfiele.
Da die Pumpe in dem wasserstoffbetriebenen Antriebssystem gemäß der Erfindung durch den sensorlosen Motor angetrieben wird, ist es möglich, eine Systembetriebsstörung wegen einer Sensorverschlechterung durch Wasserstoffversprödung zu verhindern.
Ferner ist das wasserstoffbetriebene Antriebssystem der Erfindung mit einer Abnormalitätserfassungseinrichtung zum Erfassen mehrerer Arten von unterschiedlichen Abnormalitäten hinsichtlich eines Antreibens des Motors mit einer vorgegebenen Häufigkeit, nachdem eine Anweisung gegeben wurde, den Motor zu starten, bis eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, und einer Abnormalitätsbestimmungseinrichtung vorgesehen zum Bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem aufgetreten ist, wenn eine Gesamtzahl von Abnormalitätserfassungen durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung gleich hoch wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Dementsprechend ist es möglich, eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors während einem Systemstart schnell zu erfassen. Der Grund, warum das wasserstoffbetriebene Antriebssystem die Abnormalität mit einer vorgegebenen Häufigkeit erfasst, bevor eine Bestimmung gemacht wird, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, ist, zu bestimmen, ob die Abnormalität in dem Motor oder in dem Zufuhrsystem vorliegt, ebenso wie fehlerhafte Bestimmungen zu minimieren. Dementsprechend kann die vorgegebene Häufigkeit jegliche Zahl sein, solange sie mindestens zwei beträgt.
In dem wasserstoffbetriebenen Antriebssystem der Erfindung führt das Zufuhrsystem einen gasförmigen Brennstoff durch Zirkulieren von dem Brennstoffzufuhrbehälter über einen Zirkulationsweg zu der Brennstoffzelle zu. Die Pumpe kann auch eine Pumpe sein, die den gasförmigen Brennstoff in dem Zirkulationsweg zirkuliert.
Ferner kann das wasserstoffbetriebene Antriebssystem der Erfindung, das eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors bestimmen kann, auch mit einer Wiederstartanweisungseinrichtung zum Anweisen des Systems, wiederzustarten, wenn eine Abnormalität durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung bestimmt worden ist, bis durch die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung bestimmt ist, dass es eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem gibt, versehen sein. Dementsprechend ist es möglich, Fälle zu minimieren, in denen das System durch eine fehlerhafte Bestimmung gestoppt wird.
Das wasserstoffbetriebene Antriebssystem kann ferner mit einer Systemstoppeinrichtung versehen sein zum Stoppen des Systems, wenn durch die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung bestimmt worden ist, dass es im Zufuhrsystem eine Abnormalität gibt. Dementsprechend ist es möglich, das System schnell zu stoppen, wenn eine Abnormalität auftritt. Der Grund, dass das wasserstoffbetriebene Antriebssystem die Abnormalität mit einer vorgegebenen Häufigkeit erfasst, bevor eine Bestimmung gemacht wird, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, ist, Fälle zu minimieren, in denen das System durch eine fehlerhafte Erfassung gestoppt wird. Dementsprechend kann die vorgegebene Häufigkeit jegliche Zahl sein, solange sie mindestens zwei beträgt. Das wasserstoffbetriebene Antriebssystem der Erfindung kann ebenso mit einer Wiederstartanweisungseinrichtung zum Anweisen des Systems, wiederzustarten, versehen sein, wenn eine Abnormalität durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung erfasst worden ist, bis das System durch die Systemsteuereinrichtung gestoppt wird. Dementsprechend können Fälle, in denen das System durch eine fehlerhafte Bestimmung gestoppt wird, minimiert werden.
In dem wasserstoffbetriebenen Antriebssystem der Erfindung, die eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors bestimmen kann, kann das Zufuhrsystem auch mit einem Rückschlagventil an einer Ausgabeseite der Pumpe versehen sein, und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung kann ein Festsitzen des Rückschlagventils als eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem bestimmen. Diese Art von wasserstoffbetriebenen Antriebssystem der Erfindung kann auch mit einer Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur der Außenluft vorgesehen sein, und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Bestimmen, ob das Rückschlagventil festsitzt, basierend auf einer Außenlufttemperatur sein, die durch die Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung erfasst wird. Ferner kann das wasserstoffbetriebene Antriebssystem mit einer Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Druckes an der Ausgabeseite der Pumpe versehen sein, und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung kann basierend auf dem Druck, der durch die Druckerfassungseinrichtung erfasst ist, bestimmen, ob das Rückschlagventil festsitzt. Durch Bestimmen einer Abnormalität basierend auf der Außenlufttemperatur und dem Druck auf diesen Wegen ist es sogar mit größerer Genauigkeit möglich zu erfassen, ob das Rückschlagventil festsitzt.
Ferner kann das wasserstoffbetriebene Antriebssystem der Erfindung, das eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors bestimmen kann, auch mit einer Systemstoppeinrichtung zum Stoppen des Systems versehen sein, wenn durch die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung bestimmt worden ist, dass es eine Abnormalität in dem Rückschlagventil gibt. Dementsprechend ist es möglich, das System basierend auf einer schnell erfassten Abnormalität in dem Zufuhrsystem früh zu stoppen.
In dem wasserstoffbetriebenen Antriebssystem der Erfindung, das eine Abnormalität in dem Zufuhrsystem basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors bestimmen kann oder das das System basierend auf einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors stoppen kann, kann die Abnormalitätserfassungseinrichtung außerdem, als eine von mehreren Abnormalitäten, eine Überstromabnormalität in dem Motor, eine Kurzschlussstromabnormalität in einem Element in dem Motor und/oder eine Sperrabnormalität in dem Motor erfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 20 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Routine darstellt, die bei einem Start durch eine ECU 50 während einem Start ausgeführt wird;
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 20B schematisch zeigt, das ein modifiziertes Beispiel des Brennstoffzellensystems 20 ist; und
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines modifizierten Beispiels der Routine zeigt, die während einem Start ausgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend sind beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 20 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist das Brennstoffzellensystem 20 in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel mit einer Brennstoffzelle 22 versehen, das durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff, der in einem Zirkulationsweg 30 zirkuliert, und Sauerstoff in Luft, die zugeführt wird, Elektrizität generiert. Das Brennstoffzellensystem 20 ist ferner mit einem Wasserstoffbehälter, der den Wasserstoff zu dem Zirkulationsweg 30 zuführt, und einer elektronischen Steuereinheit (nachstehend einfach als ”ECU” bezeichnet) 50, die das gesamte System steuert, versehen. Zusätzlich ist das Brennstoffzellensystem 20 mit anderen Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Gebläse, das die Luft zu der Brennstoffzelle 22 zuführt, einem Befeuchter, der die Luft und den Wasserstoff befeuchtet, einem Kühlsystem, das die Brennstoffzelle 22 kühlt und einem Gleichstrom-/Wechselstrom-Wandler versehen, der die Energie, die durch die Brennstoffzelle 22 generiert wird, in eine gewünschte Spannung umwandelt. Da diese Vorrichtungen nicht Mittelpunkt der Erfindung sind, sind jedoch ihre detaillierten Beschreibungen und Zeichnungen weggelassen.
In dem Zirkulationsweg 30 ist eine Pumpe 32, die unreagierten Wasserstoff, der von der Brennstoffzelle 22 ausgegeben wird, mit Druck beaufschlagt, und ein Rückschlagventil 36 an der Ausgabeseite der Pumpe 32 vorgesehen, das einen Rückfluss des mit druckbeaufschlagtem Wasserstoffes ändert. Die Pumpe 32 wird durch einen sensorlosen Motor 34 angetrieben, der keinen Sensor hat, wie beispielsweise einen Drehmelder zum Erfassen der Drehposition des Motors. Gleichstrom von einer Gleichstromversorgung 40 wird in den drei Phasen Wechselstrom durch einen Wandler 42 umgewandelt, und zu dem Motor 34 zugeführt. Der Grund, warum der Motor 34 sensorlos ist, ist, zu verhindern, dass die Antriebssteuerung des Motors 34 wegen einer Sensorverschlechterung durch Wasserstoffversprödung ausfällt. Die Gleichstromversorgung 40, die in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel verwendet wird, verwendet Energie, die durch die Brennstoffzelle 22 generiert wird, in der die Spannung durch den Gleichstrom-/Wechselstrom-Wandler reguliert worden ist, oder Energie, die durch die Brennstoffzelle 22 in einem System generiert wird, wie beispielsweise einer sekundären Batterie, die unter Verwendung der Energie mit dem geregelten Strom geladen wird.
Die ECU 50 ist als ein Mikroprozessor konstruiert, dessen Hauptkomponente eine CPU 52 ist. Zusätzlich zu der CPU 52 ist die ECU 50 ferner mit einer ROM 54, in der Programme gespeichert sind, einer RAM 56, in der Daten vorübergehend gespeichert werden, und einem Eingangs-/Ausgangsanschluss versehen, die nicht gezeigt sind. Verschiedene Signale werden über den Eingangsanschluss zu der ECU 50 eingegeben, wie beispielsweise Signale eines IPM-Sensors (Intelligent Power Module Sensor) 60, der in einer Anschlussleitung vorgesehen ist, die Energie von der Gleichstromenergieversorgung 40 zu dem Wechselrichter 42 zuführt, und der einen Kurzschlussstrom in einem Element erfasst, und Signale, die kennzeichnend für Phasenströme Iu und Iv von Stromsensoren 62 und 64 sind, die an der u-Phase und der v-Phase einer Drei-Phasen-Anschlussleitung anliegen, die den Wechselrichter 42 mit dem Motor 44 verbinden. Ferner werden verschiedene Signale von der ECU 50 über den Ausgangsanschluss ausgegeben, wie beispielsweise Antriebssignale des Regelventils 26, das in einer Zufuhrleitung vorgesehen ist, die Wasserstoff von dem Wasserstoffbehälter 24 zu dem Zirkulationsweg 30 zuführt, und Schaltsteuersignale zu dem Wechselrichter 43. Die Gesamtsumme der Phasenströme (Iu + Iv + Iw), die zu dem Motor 34 zugeführt werden, ist null, so dass durch Erfassen des Stromes Iu der u-Phase und des Stromes Iv der v-Phase als die Phasenströme der Strom Iw der w-Phase durch Berechnung erhalten werden kann.
Nachstehend ist ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 20 der vorstehenden Konfiguration und insbesondere ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 20, das eine Abnormalität in einem Wasserstoffzirkulationssystem während einem Start erfasst, und ebenso ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 20, wenn eine Abnormalität erfasst worden ist, beschrieben. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Zirkulationssystemstartroutine darstellt, die durch die ECU 50 ausgeführt wird, wenn eine Anweisung für einen Start gegeben worden ist. Wenn diese Routine ausgeführt wird, liest die CPU 52 der ECU 50 Signale, die für die Phasenströme Iu und Iv kennzeichnend sind, die durch die Stromsensoren 62 und 64 erfasst werden, ebenso wie die Signale von dem IPM-Sensor 60 (Schritt S100). Eine Überprüfung wird dann ausgeführt, um eine Überstromabnormalität und eine Sperrabnormalität basierend auf den gelesenen Phasenströmen Iu und Iv ebenso wie eine Kurzschlussstromabnormalität in einem Element (d. h. eine IPM-Abnormalität) basierend auf dem gelesenen IPM-Signal (Schritt S110) zu erfassen. Die Überstromabnormalität kann durch ein Verfahren erfasst werden, wie beispielsweise einem Bestimmen, ob ein wirksamer Strom, der zu dem Motor 34 zugeführt wird, einen vorgegebenen Wert über einen eingestuften Wert basierend auf den Phasenströmen Iu und Iv, und dem Phasenstrom Iw, der von diesen Phasenströmen Iu und Iv berechnet wird, überschreitet. Die Sperrabnormalität kann aus dem Unterschied zwischen der Drehzahl des Motors 34, angenommen eine Zeit von einem Start ist abgelaufen, und der Drehzahl des Motors 34, die basierend auf der Änderung der Phasenströme Iu und Iv abgeschätzt wird, erfasst werden. Die IPM-Abnormalität kann direkt aus den Signalen von dem IPM-Sensor 60 erfasst werden.
Wenn aus den Erfassungsergebnissen (Schritt S120) für die Überstromabnormalität, die Sperrabnormalität und die IPM-Abnormalität bestimmt ist, dass keine dieser Abnormalitäten aufgetreten ist, wird bestimmt, ob ein vorgegebener Zeitraum abgelaufen ist, seit die Anweisung für einen Systemstart gegeben worden ist (Schritt S130). Wenn der vorgegebene Zeitraum nicht abgelaufen ist, kehrt der Prozess zu Schritt S100 zurück und die Überprüfung der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität und der IPM-Abnormalität wird wiederholt. Wenn der vorgegebene Zeitraum abgelaufen ist, wird bestimmt, dass ein Start des Zirkulationssystems abgeschlossen ist und die Routine endet. Der vorgegebene Zeitraum wird in diesem Fall als die Zeit gesetzt, die benötigt wird, um das System mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiederzustarten und zu überprüfen, ob die Überstromabnormalität, die Sperrabnormalität oder die IPM-Abnormalität aufgetreten sind (z. B. zwei- oder dreimal), plus die Zeit für den Anfangssystemstart und die Überprüfung (d. h. vorgegebene Häufigkeit + 1). Diese vorgegebene Häufigkeit wird nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben.
Andererseits wird, wenn aus den Erfassungsergebnissen (Schritt S120) für die Überstromabnormalität, die Sperrabnormalität oder die IPM-Abnormalität bestimmt ist, dass irgendeine dieser Abnormalitäten aufgetreten ist, eine Zahl von Abnormalitätserfassungen N um einen Wert 1 erhöht und es wird bestimmt, ob die Zahl von Abnormalitätserfassungen N gleich oder größer als ein Schwellwert Nref ist (Schritt S150). Wenn die Zahl von Abnormalitätserfassungen N kleiner als der Schwellwert Nref ist, wird das System wieder gestartet (Schritt S160) und der Prozess kehrt zu Schritt S100 zurück. Wenn die Zahl von Abnormalitätserfassungen N gleich oder größer als der Schwellwert Nref ist, wird das System gestoppt (Schritt S170) und die Routine endet. Hier ist die Zahl von Abnormalitätserfassungen ursprünglich auf einen Wert von 0 bei Systemstart gesetzt und der Schwellwert Nref ist auf einen Wert eins größer oder eins geringer als die vorgegebene Zahl von Systemwiederstarts gesetzt, die verwendet werden, wenn der vorgegebene Zeitraum, der vorstehend beschrieben ist, gesetzt wird. Zum Beispiel wird, wenn der vorgegebene Zeitraum der Zeit gesetzt, die benötigt wird, um dreimal zu überprüfen, ob die Überstromabnormalität, die Sperrabnormalität oder die IPM-Abnormalität aufgetreten ist (d. h. einmal während des Anfangsstarts und zweimal, wenn das System zweimal wiedergestartet wird), der Schwellwert Nref auf einen Wert von zwei oder drei gesetzt. Unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen dem Schwellwert Nref und dem vorgegebenen Zeitraum ebenso wie der Tatsache, dass das System bei Schritt S160 wiedergestartet wird, wenn irgendeine der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität und der IPM-Abnormalität erfasst ist, wird die Zahl der Abnormalitätserfassungen N ein Wert gleich oder größer als der Schwellwert Nref, wenn irgendeine der vorstehend genannten Abnormalitäten jedes Mal erfasst wird, wenn das System von der Zeit an wiedergestartet wird, wenn eine Anweisung gegeben wird, um das System zu starten, bis der vorgegebene Zeitraum abgelaufen ist.
Nachstehend wird ein Fall berücksichtigt, in dem es eine Abnormalität in dem Zirkulationssystem gibt, in dem das Rückschlagventil 36 aus irgendeinem Grund festsitzt, es z. B. gefroren ist, so dass der Wasserstoff nicht durch die Pumpe 32 in dem Zirkulationsweg 30 zirkuliert, wie er sollte. In diesem Fall steigt, wenn der Motor 34 angetrieben wird, wenn das System gestartet wird und die Pumpe 32 versucht, den unreagierten Wasserstoff zu zirkulieren, der von der Brennstoffzelle 22 abgegeben wird, der Druck auf der Ausgabeseite der Pumpe 32 durch die Tatsache, dass das Rückschlagventil 36 festsitzt, und eine Situation tritt auf, in der durch Antreiben des Motors 34 entweder die Pumpe 32 nur mit einer geringeren als der normal angenommenen Drehzahl drehen kann, oder überhaupt nicht drehen kann. In diesem Fall wird zufällig bestimmt, dass eine von der Überstromabnormalität, der Sperr abnormalität oder der IPM-Abnormalität in dem Motor 34 aufgetreten ist. Dementsprechend kann, wenn bestimmt ist, dass eine von der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität oder der IPM-Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 bei Systemstart aufgetreten ist, abgeschätzt werden, dass eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem aufgetreten ist. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel können durch mehrmaliges Überprüfen einer Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34, wenn das System wiedergestartet wird, fehlerhafte Bestimmungen durch Fremdeinfluss minimiert werden, wodurch die Genauigkeit der Abnormalitätsbestimmungen steigt. Wenn innerhalb des vorgegebenen Zeitraums die Zahl an Abnormalitätserfassungen gleich dem Schwellwert Nref ist, wird bestimmt, dass eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem vorhanden ist und das System wird gestoppt. Normal erfolgt eine Bestimmung, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, basierend auf einer vorgegebenen Zahl von Abnormalitätserfassungen (z. B. drei), um eine fehlerhafte Bestimmung durch Fremdeinfluss oder dergleichen zu verhindern. Wenn eine Bestimmung hinsichtlich einer Vielzahl von verschiedenen Abnormalitäten erfolgt, erfolgt die Bestimmung, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, basierend auf einer vorgegebenen Anzahl an Abnormalitätserfassungen jeglicher Art von Abnormalität. Wenn das Rückschlagventil 36 festsitzt, wird zufällig bestimmt, dass eine von der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität oder der IPM-Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 aufgetreten ist. Daher wäre, wenn ein Bestimmungsverfahren basierend auf drei Abnormalitätserfassungen für jegliche Art von Abnormalität eingesetzt wird, notwendig, das System sieben Mal wiederzustarten, wenn die Abnormalitäten mit gleicher Frequenz auftreten würden, und wäre außerdem Zeit für die Abnormalitätsüberprüfung bei Systemstart notwendig.
Andererseits muss das System in diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel, da das System gestoppt wird, wenn eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem bestimmt worden ist, wegen der drei Abnormalitätserfassungen unabhängig davon, ob die gleiche Abnormalität alle drei Mal erfasst worden ist, nur zweimal wiedergestartet werden. D. h., dass es gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel möglich ist, die erforderliche Zeit zu verkürzen, um eine Abnormalität während eines Starts zu überprüfen.
Da der Motor 34, der die Pumpe 32 für das Wasserstoffzirkulationssystem in dem Brennstoffzellensystem 20 antreibt, gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, sensorlos ist, ist es möglich, zu verhindern, dass die Antriebssteuerung des Motors 34 wegen der Sensorverschlechterung durch Wasserstoffversprödung ausfällt. Als ein Ergebnis kann eine Stabilität und Haltbarkeit des Systems verbessert werden.
Ferner wird bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel das System gestoppt, wenn durch die Zahl von Abnormalitätserfassungen, die erfolgt sind, bestimmt wird, dass eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem aufgetreten ist, nachdem mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiedergestartet wurde, wenn während der Überprüfung, die bei Systemstart für eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 ausgeführt wird, wie beispielsweise der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität oder der IPM-Abnormalität, irgendeine der Abnormalitäten erfasst wird. Dementsprechend ist das Brennstoffzellensystem 20, da es möglich ist, die Abnormalitätsüberprüfung beim Start schnell abzuschließen, für eine Verwendung in einem Fahrzeug gut geeignet.
Bei dem Brennstoffzellensystem 20 gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird eine Überprüfung für eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 ausgeführt, wie beispielsweise der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität oder der IPM-Abnormalität. Wenn eine Abnormalität erfasst ist, wird das System wiedergestartet. Wenn das System mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiedergestartet wurde, wird bestimmt, dass eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem aufgetreten ist. Alternativ kann jedoch, wenn eine vorgegebene Zahl an Abnormalitätserfassungen gemacht worden sind und alle diese Erfassungen die gleiche Abnormalität sind, bestimmt werden, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, die sich auf das Antreiben des Motors 34 bezieht, und wenn eine vorgegebene Zahl von Abnormalitätserfassungen gemacht worden sind, die nicht alle die gleiche Abnormalität sind, kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem aufgetreten ist. Ferner, kann, wie in einem Brennstoffzellensystem 20B, das in 3 gezeigt ist, dargestellt ist, das ein modifiziertes Beispiel des Brennstoffzellensystems 20 ist, ein Manometer 66 in dem Zirkulationsweg 30 auf der Ausgabeseite der Pumpe 32 vorgesehen sein und kann basierend auf einem Druck P, der durch das Manometer 66 erfasst wird, bestimmt werden, ob es eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 oder eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem gibt, wenn eine Abnormalität mit einer vorgegebenen Häufigkeit erfasst worden ist. Wenn mit der vorgegebenen Häufigkeit eine Abnormalität erfasst worden ist, kann in diesem Fall, wenn der Druck P geringer als ein Schwellwert Pref ist, der auf einen größeren Wert als ein angenommener Druck gesetzt ist, wenn es keine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem gibt, bestimmt werden, dass es eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 gibt, und wenn der Druck P gleich oder größer als der Schwellwert Pref ist, kann bestimmt werden, dass es eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem durch Festsitzen des Rückschlagventils 36 gibt. Ebenso kann, wie in dem modifizierten Brennstoffzellensystem 20B gezeigt ist, das in 3 gezeigt ist, ein Außenlufttemperatursensor 68 in dem System vorgesehen sein und kann bestimmt werden, ob es eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 oder eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem basierend auf einer Außenlufttemperatur T gibt, die durch den Außenlufttemperatursensor 68 erfasst wird, wenn mit einer vorgegebenen Häufigkeit eine Abnormalität erfasst worden ist. Wenn mit einer vorgegebenen Häufigkeit eine Abnormalität erfasst worden ist, kann in diesem Fall, wenn die Außenlufttemperatur T gleich oder geringer als eine vorgegebene Temperatur Tref ist, die auf eine geringere Temperatur als eine Temperatur gesetzt ist, bei der angenommen wird, dass das Rückschlagventil 36 gefrieren würde, bestimmt werden, dass es eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem durch Festsitzen des Rückschlagventils 36 durch Gefrieren gibt, und wenn die Außenlufttemperatur T größer als die vorgegebene Temperatur Tref ist, kann bestimmt werden, dass es entweder eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem, die durch etwas anderes als Gefrieren verursacht wird, oder eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 gibt. Wenn eine Abnormalitätsbestimmung unter Berücksichtigung des Drucks P auf der Ausgabeseite der Pumpe 32 in dem Zirkulationsweg 30 oder der Außenlufttemperatur T gemacht ist, kann anstelle der Startroutine, die in 2 gezeigt ist, die Startroutine, die in 4 gezeigt ist, ausgeführt werden. Wenn die Zahl der Abnormalitätserfassungen N gleich oder größer als der Schwellwert Nref ist und die Außenlufttemperatur T gleich oder geringer als die vorgegebene Temperatur Tref ist (Schritt S270) oder die Außenlufttemperatur T größer als die vorgegebene Temperatur Tref ist, aber der Druck auf der Ausgabeseite der Pumpe 32 in dem Zirkulationsweg 30 gleich oder größer als der Schwellwert Pref ist (Schritt S280), wird in der Startroutine, die in 4 gezeigt ist, bestimmt, dass es eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem durch Festsitzen des Rückschlagventils 36 gibt (Schritt S290) und das System wird gestoppt (Schritt S310). Wenn die Außenlufttemperatur T größer als die vorgegebene Temperatur Tref ist und der Druck P auf der Ausgabeseite der Pumpe 32 in dem Zirkulationsweg 30 geringer als der Schwellwert Pref ist, wird bestimmt, dass es eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors gibt (Schritt S300) und das System wird gestoppt (Schritt S310). Dementsprechend ist es möglich zu bestimmen, ob eine Abnormalität eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem oder eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34 ist, was eine geeignete Antwort auf die Abnormalität erleichtert.
Das Brennstoffzellensystem 20 gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel bestimmt die Überstromabnormalität, die Sperrabnormalität und die IPM-Abnormalität als eine Abnormalität hinsichtlich des Antreibens des Motors 34. Das Brennstoffzellensystem 20 kann ebenso andere Abnormalitäten bestimmen, solange sie sich auf das Antreiben des Motors 34 beziehen und durch eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem auftreten. Das Brennstoffzellensystem 20 kann ebenso so ausgeführt sein, dass es für nur eine oder zwei Arten von Abnormalitäten von der Überstromabnormalität, der Sperrabnormalität und der IPM-Abnormalität überprüft.
Das Brennstoffzellensystem 20 gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird auf eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem angewandt. Alternativ kann ein System, das mit einem Sauerstoffzirkulationssystem versehen ist, das reinen Sauerstoff als ein Oxidationsmittel zu der Brennstoffzelle 22 zirkuliert, ebenso auf eine Sauerstoffzirkulationsabnormalität angewandt werden. Ferner wird das Brennstoffzellensystem 20 gemäß dem beispielhaften Ausführungsbeispiel auf eine Abnormalität in dem Wasserstoffzirkulationssystem angewandt, kann aber ebenso auf eine Abnormalität in einem Wasserstoffzufuhrsystem angewandt werden.
In dem vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Wasserstoff betriebene Antriebssystem gemäß der Erfindung auf ein Brennstoffzellensystem angewandt, ist aber, solange die wasserstoffbetriebene Antriebsquelle der Erfindung Energie unter Verwendung von Wasserstoff generiert, nicht auf das Brennstoffzellensystem beschränkt, sondern kann zum Beispiel ein Wasserstoffverbrennungsmotor sein.
Obwohl die Erfindung hierbei unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, fallen dem Fachmann leicht viele Modifikationen und Variationen ein. Dementsprechend sind alle derartige Variationen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beinhaltet.

Claims

Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 208), mit: einer wasserstoffbetriebenen Antriebsquelle (22); einem Zufuhrsystem, das der Antriebsquelle (22) gasförmigen Brennstoff von einem Brennstoffzufuhrbehälter (24) zuführt und in dem eine Pumpe (32) vorgesehen ist, die von einem sensorlosen Motor (34) angetrieben wird; einer Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) zum Erfassen mehrerer Arten von unterschiedlichen Abnormalitäten hinsichtlich eines Antreibens des Motors (34) mit einer vorgegebenen Häufigkeit, nachdem eine Anweisung gegeben wurde, den Motor (34) zu starten, bis eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist; und einer Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S150; S290, S300) zum Bestimmen, dass im Zufuhrsystem eine Abnormalität aufgetreten ist, wenn eine Gesamtzahl von Abnormalitätserfassungen (N) durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) gleich hoch wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert (Nref) ist.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 208) nach Anspruch 1, wobei das Zufuhrsystem den gasförmigen Brennstoff, der der Antriebsquelle (22) vom Brennstoffversorgungsbehälter (24) zugeführt wurde, über einen Zirkulationsweg (30) zirkuliert, um den gasförmigen Brennstoff der Antriebsquelle (22) zuzuführen, und die Pumpe (32) den gasförmigen Brennstoff im Zirkulationsweg (30) zirkuliert.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 208) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Wiederstartanweisungseinrichtung (S160; S260), um das System (20; 208) anzuweisen wiederzustarten, wenn durch die Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) eine Abnormalität erfasst worden ist, bis die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S150; S290, S300) bestimmt, dass es im Zufuhrsystem eine Abnormalität gibt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 208) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Systemstoppeinrichtung (S170; S310) zum Stoppen des Systems (20; 208), wenn durch die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S150; S290, S300) bestimmt worden ist, dass es im Zufuhrsystem eine Abnormalität gibt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (208) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Zufuhrsystem mit einem Rückschlagventil (36) versehen ist, das an einer Ausgabeseite der Pumpe (32) montiert ist, und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S290) ein Festsitzen des Rückschlagventils (36) als eine Abnormalität im Zufuhrsystem bestimmt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (208) nach Anspruch 5, wobei ferner eine Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung (68) zum Erfassen einer Außenlufttemperatur (T) vorgesehen ist und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S290) basierend auf der durch die Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung (68) erfassten Außenlufttemperatur (T) bestimmt, ob das Rückschlagventil (36) festsitzt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20B) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ferner eine Druckerfassungseinrichtung (66) zum Erfassen eines Drucks (P) auf der Ausgabeseite der Pumpe (32) vorgesehen ist und die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S290) basierend auf dem durch die Druckerfassungseinrichtung (66) erfassten Druck (P) bestimmt, ob das Rückschlagventil (36) festsitzt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20B) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einer Systemstoppeinrichtung (S310) zum Stoppen des Systems (20B), wenn durch die Abnormalitätsbestimmungseinrichtung (S290) bestimmt worden ist, dass es eine Abnormalität im Rückschlagventil (36) gibt.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 20B) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abnormalitätserfassungseinrichtung (60, 62, 64; S110; S210) als Abnormalität eine Überstromabnormalität im Motor (34), eine Kurzschlussstromabnormalität in einem Element im Motor (34) und/oder eine Sperrabnormalität im Motor (34) erfasst.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem (20; 20B) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Antriebsquelle eine Brennstoffzelle (22) ist.
Wasserstoffbetriebenes Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wasserstoffbetriebene Antriebssystem ein Wasserstoffmotor ist.