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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere
ein Brennstoffzellensystem, bei dem eine Impedanzmessung unter Verwendung
eines AC-Impedanzverfahrens durchgeführt wird.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Es
ist bekannt, dass der Innenwiderstand einer Brennstoffzelle den
Feuchtigkeitskoeffizienten eines elektrolytischen Films in der Brennstoffzelle
beeinflusst, und wenn eine geringe Menge an Feuchtigkeit in der
Brennstoffzelle vorhanden ist und der elektrolytische Film verhältnismäßig
trocken ist, nimmt der Innenwiderstand zu und die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle nimmt ab. Wenn andererseits eine unangemessen hohe
Menge an Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle vorhanden ist, ist
die Elektrode der Brennstoffzelle mit der Feuchtigkeit bedeckt und als
Folge ist die Diffusion von Sauerstoff und Wasserstoff als den Reaktanten
gehemmt, und somit nimmt die Ausgangsspannung ab.
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Um
die Brennstoffzelle mit einer hohen Effektivität zu betreiben,
muss die Menge an Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle auf optimale
Weise reguliert werden. Es gibt eine Korrelation zwischen der Menge
an Feuchtigkeit in der Brennstoffzelle und der Impedanz der Brennstoffzelle.
Gegenwärtig wird die Impedanz der Brennstoffzelle mit einem
AC-Impedanzverfahren gemessen, wodurch der Feuchtigkeitsstatus in
der Brennstoffzelle indirekt erfasst wird.
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Beispielsweise
wird in der nachstehend beschriebenen Patentschrift 1 ein Verfahren
offenbart, bei dem ein sinusoidales Signal (Signal zum Messen der
Impedanz), das eine beliebige Frequenz aufweist, auf ein Ausgangssignal
der Brennstoffzelle angelegt (darauf überlagert) wird,
um die Impedanz in diesem Fall zu messen, wodurch die Menge an Feuchtigkeit
in der Brennstoffzelle in Echtzeit erfasst wird.
- [Patentschrift
1] Japanische Patent-Auslegeschrift Nr.
2003-86220
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
einem mobilen Gerät (z. B. einem Fahrzeug), auf dem eine
Brennstoffzelle montiert ist, wird, um eine allgemeine Systemeffektivität
zu maximieren, die Brennstoffzelle über einen DC/DC-Wandler (Spannung
wandelndes Gerät) mit einer Sekundärzelle (Elektrizität
akkumulierendes Gerät) verbunden, und eine Regulierung
wird durchgeführt, um einen Strom von der Seite der Sekundärzelle
zu der Seite der Brennstoffzelle gemäß der erforderlichen
Leistung des Fahrzeugs zu liefern oder um umgekehrt die Seite der
Sekundärzelle von der Seite der Brennstoffzelle zu laden.
In dem System, das diesen Aufbau aufweist, kann das vorstehend beschriebene,
beliebige, sinusoidale Signal unter Verwendung des DC/DC-Wandlers überlagert
werden, wodurch eine Impedanz gemessen wird.
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Jedoch
ist eine Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers nicht immer zufriedenstellend,
und es gibt auch einen Bereich mit einer schlechten Ansprechcharakteristik
(Einzelheiten werden später beschrieben). Unter solchen
Bedingungen kann ein Signal zum Messen der Impedanz nicht ausreichend überlagert
werden. Deshalb gibt es ein Problem, dass die Impedanzmessung nicht
ausreichend durchgeführt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen
Situationen entwickelt, und eine Aufgabe davon ist es, ein Brennstoffzellensystem
bereitzustellen, bei dem eine gleich bleibend präzise Impedanzmessung
unabhängig von einer Ansprechcharakteristik des Spannung
wandelnden Geräts möglich ist.
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Um
das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, enthält
ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle
und ein Spannung wandelndes Gerät zum Regulieren einer Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle. Das Brennstoffzel lensystem umfasst Abgabemittel
zum Überlagern eines Signals zum Messen der Impedanz auf eine
Ausgangszielspannung des Spannung wandelnden Geräts und
Abgeben der Spannung an das Spannung wandelnde Gerät, wenn
eine Impedanz der Brennstoffzelle gemessen wird; Messmittel zum Messen
einer Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz nach dem Durchlaufen
durch das Spannung wandelnde Gerät; und Regulierungsmittel zum
Regulieren einer Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz vor
dem Durchlaufen durch das Spannung wandelnde Gerät, basierend
auf einem Messergebnis des Messmittels.
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Da
ein Wert der Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz nach
dem Durchlaufen durch das Spannung wandelnde Gerät gemessen
wird und der Wert der Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz
vor dem Durchlaufen durch das Spannung wandelnde Gerät
basierend auf dem Messergebnis des Werts der Amplitude reguliert
wird, ist gemäß diesem Aufbau eine gleich bleibend
präzise Impedanzmessung unabhängig von einer Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts (DC/DC-Wandler) möglich.
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Hier
kann bei dem vorstehenden Aufbau die vorliegende Erfindung derart
konfiguriert sein, dass das System ferner einen elektrischen Akkumulator enthält,
der in einem Entladungspfad der Brennstoffzelle zwischengeschaltet
ist und parallel zu der Brennstoffzelle geschaltet ist, das Spannung
wandelnde Gerät zwischen den elektrischen Akkumulator und
die Brennstoffzelle geschaltet ist und das Abgabemittel das Signal
zum Messen der Impedanz auf die Ausgangszielspannung des Spannung
wandelnden Geräts überlagert, um die Spannung
an das Spannung wandelnde Gerät abzugeben, wenn die Impedanz
der Brennstoffzelle unter Verwendung eines AC-Impedanzverfahrens
gemessen wird.
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Darüber
hinaus kann bei dem vorstehenden Aufbau die vorliegende Erfindung
derart konfiguriert sein, dass das Regulierungsmittel eine Abweichung zwischen
einem Amplitudenwert, der mit dem Messmittel gemessen wurde, und
einem festgelegten Zielamplitudenwert erhalten und die Amplitude
des Signals zum Messen der Impedanz basierend auf der erhaltenen
Abweichung regulieren kann.
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Weiterhin
enthält ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung
eine Brennstoffzelle und ein Spannung wandelndes Gerät
zum Regulieren einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem
umfasst Abgabemittel zum Überlagern eines Signals zum Messen
der Impedanz auf eine Ausgangszielspannung des Spannung wandelnden
Geräts und Abgeben der Spannung an das Spannung wandelnde
Gerät, wenn eine Impedanz der Brennstoffzelle gemessen
wird; Beurteilungsmittel zum Beurteilen eines Zustands einer Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts während der Impedanzmessung;
und Regulierungsmittel zum Regulieren einer Amplitude des Signals zum
Messen der Impedanz basierend auf dem Zustand der Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts, der von dem Beurteilungsmittel beurteilt
wurde.
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Hier
kann bei dem vorstehenden Aufbau die vorliegende Erfindung derart
konfiguriert sein, dass das System ferner einen elektrischen Akkumulator enthält,
der in einem Entladungspfad der Brennstoffzelle zwischengeschaltet
ist und parallel zu der Brennstoffzelle geschaltet ist, das Spannung
wandelnde Gerät zwischen den elektrischen Akkumulator und
die Brennstoffzelle geschaltet ist und das Abgabemittel das Signal
zum Messen der Impedanz auf die Ausgangszielspannung des Spannung
wandelnden Geräts überlagert und die Spannung
an das Spannung wandelnde Gerät abgibt, wenn die Impedanz
der Brennstoffzelle unter Verwendung eines AC-Impedanzverfahrens
gemessen wird.
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Darüber
hinaus wird es bei dem vorstehenden Aufbau bevorzugt, dass das System
ferner Messmittel zum Messen eines Drosselspulenstroms des Spannung
wandelnden Geräts; und erste Speicherungsmittel zum Speichern
einer Karte der Ansprechcharakteristik, um aus dem Drosselspulenstrom
des Spannung wandelnden Geräts zu beurteilen, ob die Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts in einem stabilen Zustand
ist oder nicht, umfasst. Das Beurteilungsmittel vergleicht ein Messergebnis
des Messmittels mit der Karte der Ansprechcharakteristik, um den
stabilen Zustand der Ansprechcharakteristik zu beurteilen, und das
Regulierungsmittel führt derart eine Regulierung durch, dass
die Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz, wenn die Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts in einem instabilen Zustand ist,
größer ist als diejenige des Signals zum Messen der
Impedanz in einem Fall, wo die Ansprechcharakteristik des Spannung
wandelnden Geräts im stabilen Zustand ist.
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Es
wird auch bevorzugt, dass das System ferner zweite Speicherungsmittel
zum Speichern eines Amplitudenwerts des Signals zum Messen der Impedanz
in einem Fall, wo die Ansprechcharakteristik im stabilen Zustand
ist, und eines Amplitudenwerts des Signals zum Messen der Impedanz
in einem Fall, wo die Ansprechcharakteristik im instabilen Zustand
ist, umfasst. Das Regulierungsmittel wählt aus dem zweiten
Speicherungsmittel den Amplitudenwert des Signals zum Messen der
Impedanz gemäß dem Zustand des Spannung wandelnden
Geräts aus und reguliert die Amplitude des Signals zum Messen
der Impedanz basierend auf dem ausgewählten Amplitudenwert.
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Darüber
hinaus enthält ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden
Erfindung eine Brennstoffzelle und ein Spannung wandelndes Gerät
zum Regulieren einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem
umfasst ferner Abgabemittel zum Überlagern eines Signals
zum Messen der Impedanz auf eine Ausgangszielspannung des Spannung
wandelnden Geräts und Abgeben der Spannung an das Spannung
wandelnde Gerät, wenn eine Impedanz der Brennstoffzelle
gemessen wird; und Beurteilungsmittel zum Beurteilen eines Zustands
einer Ansprechcharakteristik des Spannung wandelnden Geräts.
Das Abgabemittel überlagert das Signal zum Messen der Impedanz
auf die Ausgangszielspannung des Spannung wandelnden Geräts
und gibt die Spannung an das Spannung wandelnde Gerät in
einem Fall ab, wo das Beurteilungsmittel beurteilt, dass die Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts in einem stabilen Zustand
ist.
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Hier
kann bei dem vorstehenden Aufbau die vorliegende Erfindung derart
konfiguriert sein, dass das System ferner einen elektrischen Akkumulator enthält,
der in ei fern Entladungspfad der Brennstoffzelle zwischengeschaltet
ist und parallel zu der Brennstoffzelle geschaltet ist, das Spannung
wandelnde Gerät zwischen den elektrischen Akkumulator und
die Brennstoffzelle geschaltet ist und das Abgabemittel das Signal
zum Messen der Impedanz auf die Ausgangszielspannung des Spannung
wandelnden Geräts überlagert und die Spannung
an das Spannung wandelnde Gerät abgibt, wenn die Impedanz
der Brennstoffzelle unter Verwendung eines AC-Impedanzverfahrens
gemessen wird.
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Darüber
hinaus wird es bei dem vorstehenden Aufbau bevorzugt, dass das System
ferner Messmittel zum Messen eines Drosselspulenstroms des Spannung
wandelnden Geräts; und erste Speicherungsmittel zum Speichern
einer Karte der Ansprechcharakteristik, um aus dem Drosselspulenstrom
des Spannung wandelnden Geräts zu beurteilen, ob die Ansprechcharakteristik
des Spannung wandelnden Geräts in einem stabilen Zustand
oder einem instabilen Zustand ist, umfasst. Das Beurteilungsmittel
vergleicht ein Messergebnis des Messmittels mit der Karte der Ansprechcharakteristik,
um zu beurteilen, ob die Ansprechcharakteristik in dem stabilen
Zustand oder dem instabilen Zustand ist.
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Weiterhin
wird es stärker bevorzugt, dass das System ferner Zustandsregulierungsmittel
zum Verändern der Ausgangszielspannung des Spannung wandelnden
Geräts umfasst, um dadurch in einem Fall, wo das Beurteilungsmittel
beurteilt, dass die Ansprechcharakteristik im instabilen Zustand
ist, die Ansprechcharakteristik vom instabilen Zustand zum stabilen
Zustand zu verändern.
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Bei
den vorstehenden Aufbauten bezieht sich der „stabile Zustand"
auf einen Zustand, bei dem beispielsweise ein Ansprechen auf die
Spannungsregulierung des Spannung wandelnden Geräts (DC/DC-Wandler
oder dergleichen) nicht durch die Totzeit eines schaltenden Elements
beeinflusst wird und zufriedenstellend ist. Der „instabile
Zustand" bezieht sich auf einen Zustand, bei dem beispielsweise das
Ansprechen auf die Spannungsregulierung des Spannung wandelnden
Geräts (DC/DC-Wandler oder der gleichen) durch die Totzeit
des schaltenden Elements beeinflusst wird und verschlechtert ist.
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Wie
vorstehend beschrieben ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine gleich bleibend präzise Impedanzmessung
unabhängig von der Ansprechcharakteristik des Spannung
wandelnden Geräts möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems in
einer ersten Ausführungsform zeigt;
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2 ist
ein Ersatzschaltplan der Brennstoffzelle in der ersten Ausführungsform;
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3 ist
ein Diagramm, das die Impedanzmessung in der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das eine Impedanzmessung in einer zweiten Ausführungsform
zeigt;
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5 ist
ein Schaltplan, der einen Aufbau des DC/DC-Wandlers in der zweiten
Ausführungsform zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Drosselspulenstrom
und dem DC/DC-Wandler in der zweiten Ausführungsform zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Bezugssignal und dem
Drosselspulenstrom im Zustand A in der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Bezugssignal und dem
Drosselspulenstrom im Zustand B in der zweiten Ausführungsform
zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Bezugssignal und dem
Drosselspulenstrom im Zustand C in der zweiten Ausführungsform
zeigt; und
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10 ist
ein Diagramm, das eine Impedanzmessung in einer dritten Ausführungsform
zeigt.
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Bester Modus zum Durchführen
der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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A. Erste Ausführungsform
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Fahrzeugs, auf dem ein Brennstoffzellensystem 100 einer
ersten Ausführungsform montiert ist. Es ist anzumerken,
dass in der folgenden Beschreibung als ein Beispiel für
das Fahrzeug ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug (FCHV) angenommen
wird, das System aber auf ein Elektroauto oder ein Hybridauto anwendbar
ist. Das System ist auch nicht nur auf das Fahrzeug, sondern auch
auf verschiedene mobile Geräte (z. B. ein Boot, ein Flugzeug
usw.) anwendbar.
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Dieses
Fahrzeug bewegt sich unter Verwendung eines Synchronmotors 61,
der mit den Rädern 63L, 63R verbunden
ist. Eine Spannungsquelle für den Synchronmotor 61 ist
ein Spannungsquellensystem 1. Ein Ausgangsgleichstrom aus
dem Spannungsquellensystem 1 wird mit einem Inverter 60 in einen
dreiphasigen Wechselstrom gewandelt und dem Synchronmotor 61 zugeführt.
Der Synchronmotor 61 kann während des Bremsens
auch als ein Spannungsgenerator fungieren.
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Das
Spannungsquellensystem 1 besteht aus einer Brennstoffzelle 40,
einer Batterie 20, einem DC/DC-Wandler 30 und
dergleichen. Die Brennstoffzelle 40 ist ein Mittel, um
eine Spannung aus einem zugeführten Brennstoffgas und einem
oxidierenden Gas zu erzeugen, und weist eine Stapelstruktur auf, bei
der viele einzelne Zellen, MEA und dergleichen in Reihe laminiert
sind. Genauer gesagt können Brennstoffzellen verschiedener
Arten verwendet werden, wie ein Festpolymertyp, ein Phosphortyp
und ein Typ mit gelöstem Carbonat.
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Die
Batterie (elektrischer Akkumulator) 20 ist eine ladbare/entladbare
Sekundärzelle und besteht beispielsweise aus einer Nickel-Wasserstoff-Batterie und
dergleichen. Verschiedene andere Sekundärzellen können
angewendet werden. An Stelle der Batterie 20 kann ein anderer
ladbarer/entladbarer elektrischer Akkumulator als die Sekundärzelle
verwendet werden, beispielsweise ein Kondensator. Diese Batterie 20 ist
in einen Entladungspfad der Brennstoffzelle 40 zwischengeschaltet
und parallel zu der Brennstoffzelle 40 geschaltet.
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Die
Brennstoffzelle 40 und die Batterie 20 sind parallel
zueinander zum Inverter 60 geschaltet, und ein Stromkreis
von Brennstoffzelle 40 zum Inverter 60 ist mit
einer Diode 42 versehen, um einen Rückfluss eines
Stroms von der Batterie 20 oder eines Stroms, der im Synchronmotor 61 erzeugt
wurde, zu verhindern.
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Somit
muss, um eine passende Leistungsverteilung von beiden Spannungsquellen
der Brennstoffzelle 40 und der Batterie 20, die
parallel zueinander geschaltet sind, zu verwirklichen, eine relative Spannungsdifferenz
zwischen den Spannungsquellen reguliert werden. In der vorliegenden
Ausführungsform ist, um eine solche Spannungsdifferenz
zu regulieren, der DC/DC-Wandler (Spannung wandelndes Gerät) 30 zwischen
der Batterie 20 und dem Inverter 60 angeordnet.
Der DC/DC-Wandler 30 ist ein Gleichstrom-Spannung wandelndes
Gerät und besitzt eine Funktion des Abgleichens der DC-Spannung,
die von der Batterie 20 eingespeist wird, und des Abgebens
der Spannung zu der Seite der Brennstoffzelle 40 und eine
Funktion des Abgleichens der DC-Spannung, die von der Brennstoffzelle 40 oder dem
Motor 61 eingespeist wird, und des Abgebens der Spannung
zu der Seite der Batterie 20. Das Laden/Entladen der Batterie 20 wird
durch die Funktionen dieses DC/DC-Wandlers 30 verwirklicht.
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Eine
Fahrzeug-Hilfsmaschine 50 und eine FC-Hilfsmaschine 51 sind
zwischen die Batterie 20 und den DC/DC-Wandler 30 geschaltet,
und die Batterie 20 ist eine Spannungsquelle für
diese Hilfsmaschinen. Die Fahrzeug-Hilfsmaschine 50 bezieht
sich auf jede Art von elektrischer Vorrichtung zur Verwendung während
des Betriebs des Fahrzeuges und schließt eine Beleuchtungsvorrichtung,
eine Klimatisierungsvorrichtung, eine hydraulische Pumpe oder dergleichen
ein. Die FC-Hilfsmaschine 51 bezieht sich auf jede Art
von elektrischer Vorrichtung zur Verwendung beim Betrieb der Brennstoffzelle 40 und schließt
eine Pumpe zum Zuführen eines Brennstoffgases oder eines
reformierten Materials, ein Heizgerät, um die Temperatur
eines Reformers einzustellen, oder dergleichen ein.
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Die
Arbeitsschritte der vorstehend beschriebenen Elemente werden mit
einer Kontrolleinheit 10 reguliert. Die Kontrolleinheit 10 besteht
aus einem Mikrocomputer, der darin eine CPU, RAM und ROM enthält.
Die Kontrolleinheit 10 reguliert das Schalten des Inverters 60 und
gibt den dreiphasigen Wechselstrom gemäß einer
erforderlichen mobilen Leistung ab. Die Kontrolleinheit 10 reguliert
die Arbeitsschritte der Brennstoffzelle 40 und des DC/DC-Wandlers 30 derart,
dass die elektrische Leistung gemäß der erforderlichen
mobilen Leistung zugeführt wird. Verschiedene Sensorsignale
werden in die Kontrolleinheit 10 eingespeist. Die verschiedenen
Sensorsignale werden in die Kontrolleinheit 10 aus beispielsweise einem
Gaspedalsensor 11, einem SOC-Sensor 21, welcher
den Ladungszustand (SOC) der Batterie 20 detektiert, einem
Durchflussgeschwindigkeitssensor 41, welcher eine Gasdurchflussgeschwindigkeit
der Brennstoffzelle 40 detektiert, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 62,
welcher eine Fahrzeuggeschwindigkeit detektiert, und dergleichen
eingespeist.
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2 ist
ein Diagramm, das einen Ersatzschaltplan der Brennstoffzelle 40 zeigt.
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Wie
in 2 gezeigt, wird die Brennstoffzelle 40 durch
einen Trennwiderstand R1, einen MEA-Widerstand R2 und eine Elektrodenkapazität
C wiedergegeben. Diese Widerstände R1, R2 und die Kapazität
C ergeben eine innere Impedanz der Brennstoffzelle 40.
Wenn eine Impedanzmessung wie nachstehend beschrieben durchgeführt
wird, werden innere Merkmale der Brennstoffzelle erfasst.
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3 ist
ein Diagramm, das die Impedanzmessung mit einem AC-Impedanzverfahren
zeigt.
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Wie
in 3 gezeigt, enthält die Kontrolleinheit 10 eine
Untereinheit zur Bestimmung der Zielspannung 110, eine
Untereinheit zur Erzeugung des überlagerten Signals 120,
eine Untereinheit zur Erzeugung des Spannungseinstellungssignals 130, eine
Untereinheit zur Berechnung der Impedanz 140, eine Untereinheit
zur Analyse des überlagerten Signals 150 und eine
Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals 160.
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Die
Untereinheit zur Bestimmung der Zielspannung 110 bestimmt
eine Ausgangszielspannung (z. B. 300 V oder dergleichen) basierend
auf den Sensorsignalen, die vom Gaspedalsensor 11, dem SOC-Sensor 21 und
dergleichen eingespeist werden, und gibt diese Spannung an die Untereinheit
zur Erzeugung des Spannungseinstellungssignals 130 ab.
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Die
Untereinheit zur Erzeugung des überlagerten Signals 120 erzeugt
ein Signal zum Messen der Impedanz (z. B. eine Sinuswelle einer
spezifischen Frequenz mit einem Amplitudenwert von 2 V oder dergleichen),
das auf die Ausgangszielspannung überlagert werden soll,
und gibt dieses Signal an die Untereinheit zur Erzeugung des Spannungseinstellungssignals 130 ab.
Dieser Amplitudenwert des Signals zum Messen der Impedanz wird durch die
Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals 160 in passender Weise (z. B. der Amplitudenwert
2 V → 4 V oder dergleichen) geändert. Es ist anzumerken,
dass die Ausgangszielspannung und Parameter (Art der Wellenform,
Frequenz und Amplitudenwert) des Signals zum Messen der Impedanz
passend gemäß der Planung des Systems und dergleichen
festgelegt werden können.
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Die
Untereinheit zur Erzeugung des Spannungseinstellungssignals (Abgabemittel) 130 überlagert
das Signal zum Messen der Impedanz auf die Ausgangszielspannung
und gibt ein Spannungseinstellungssignal Vfcr an den DC/DC-Wandler 30 ab. Der
DC/DC-Wandler 30 reguliert die Spannung der Brennstoffzelle 30 oder
dergleichen auf der Basis des gegebenen Spannungseinstellungssignals
Vfcr.
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Die
Untereinheit zur Berechnung der Impedanz 140 tastet eine
Spannung (FC-Spannung) Vf der Brennstoffzelle 40, die mit
einem Spannungssensor 141 detektiert wird, und einen Strom
(FC-Strom) If der Brennstoffzelle 40, der von einem Stromsensor 142 detektiert
wird, mit einer vorgegebenen Abtastrate ab und führt damit
eine Fourier-Transformationsverarbeitung (FFT-Berechnungsverarbeitung
oder DFT-Berechnungsverarbeitung) oder dergleichen durch. Die Untereinheit
zur Berechnung der Impedanz 140 teilt das FC-Spannungssignal,
mit dem die Fourier-Transformationsverarbeitung durchgeführt wurde,
durch das FC-Stromsignal, mit dem die Fourier-Transformationsverarbeitung
durchgeführt wurde, wodurch die Impedanz der Brennstoffzelle 40 erhalten
wird.
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Die
Untereinheit zur Analyse des überlagerten Signals (Messmittel) 150 analysiert
das Signal zum Messen der Impedanz (d. h. das Signal zum Messen
der Impedanz, das durch den DC/DC-Wandler durchläuft),
das auf die FC-Spannung oder den FC-Strom überlagert ist,
und vergleicht ein Leistungsspektrum (Amplitudenwert) der spezifischen Frequenz
mit einem Bezugsspektrum (z. B. 2 V oder dergleichen; Bezugsamplitudenwert),
das in einem Speicher 151 gespeichert ist, um eine Ansprechcharakteristik
des DC/DC-Wandlers 30 zu erfassen.
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Wie
vorstehend beschrieben, gibt es im DC/DC-Wandler 30 einen
Bereich mit einer zufriedenstellenden Ansprechcharakteristik und
einen Bereich mit einer schlechten Ansprechcharakteristik. Der Amplitudenwert
der spezifischen Frequenz ist im Bereich mit dem zufriedenstellenden
Ansprechen wenigstens der Bezugsamplitudenwert, während
der Amplitudenwert der spezifischen Frequenz im Bereich mit dem
schlechten Ansprechen unter dem Bezugsamplitudenwert liegt.
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Die
Untereinheit zur Analyse des überlagerten Signals 150 zeigt
der Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals 160 nichts an, wenn der Amplitudenwert der spezifischen Frequenz
des überlagerten Signals wenigstens der Bezugsamplitudenwert
ist. Wenn andererseits der Amplitudenwert der spezifischen Frequenz
unter dem Bezugsamplitudenwert liegt, erhält die Untereinheit
zur Analyse des überlagerten Signals 150 eine Abweichung
(Differenz) Ap zwischen dem Amplitudenwert der spezifischen Frequenz
und dem Bezugsamplitudenwert und zeigt der Untereinheit zur Regulierung
der Amplitude des überlagerten Signals 160 die
erhaltene Abweichung Ap an.
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Die
Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals (Regulierungsmittel) 160 reguliert den Amplitudenwert
des Signals zum Messen der Impedanz (d. h. das Signal zum Messen der
Impedanz vor dem Durchlaufen durch den DC/DC-Wandler), das in der
Untereinheit zur Erzeugung des überlagerten Signals 120 erzeugt
wird. Beispielsweise in einem Fall, wo die Abweichung Ap von 2 V
von der Untereinheit zur Analyse des überlagerten Signals 150 in
einem Zustand, bei dem der Amplitudenwert des Signals zum Messen
der Impedanz auf 2 V festgelegt ist, angezeigt wird, führt
die Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals 160 eine Regulierung durch, um den Amplitudenwert
für eine AC-Impedanzmessung von 2 V auf 4 V zu ändern,
so dass die Amplitude der spezifischen Frequenz über dem
Bezugsamplitudenwert liegt.
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Somit
ist durch Ändern des Amplitudenwerts des Signals zum Messen
der Impedanz basierend auf dem Analysenergebnis, das von der Untereinheit zur
Analyse des überlagerten Signals 150 erhalten wurde,
eine gleich bleibend präzise Impedanzmessung unabhängig
von der Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 möglich.
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B. Zweite Ausführungsform
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Bei
der vorstehenden ersten Ausführungsform wird der Amplitudenwert
einer spezifischen Frequenz der Impedanz überwacht, und
die Amplitude des Signals zum Messen der Impedanz wird basierend
auf der Abweichung Ap zwischen dem Amplitudenwert und dem Bezugsamplitudenwert
reguliert, aber es kann eine Karte, in der ein Drosselspulenstrom
(später beschrieben) des DC/DC-Wandlers 30 mit
einer Ansprechcharakteristik verknüpft wird (nachstehend
als eine Karte der Ansprechcharakteristik bezeichnet), erzeugt und
gespeichert werden, und die Amplitude des Signals zum Messen der
Impedanz kann unter Verwendung der Karte der Ansprechcharakteristik
reguliert werden.
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4 ist
ein Diagramm, das einen Aufbau der Funktionen einer Kontrolleinheit 10' in
der zweiten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken, dass in
der Kontrolleinheit 10', die in 4 gezeigt
wird, die Komponenten, die denjenigen aus 3 entsprechen,
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet werden und eine ausführliche
Beschreibung davon weggelassen wird.
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Eine
Untereinheit zum Detektieren des Zustands (Beurteilungsmittel) 170 vergleicht
einen Drosselspulenstrom IL des DC/DC-Wandlers 30 mit der
Karte der Ansprechcharakteristik, die in einem Speicher (erstes
Speicherungsmittel) 171 gespeichert ist, um dadurch einen
Zustand (ein stabiler Zustand oder ein instabiler Zustand) der Ansprechcharakteristik
des DC/DC-Wandlers 30 zu erfassen, und zeigt der Untereinheit
zur Regulierung der Amplitude des überlagerten Signals 160 ein
erfasstes Ergebnis an (Einzelheiten werden später beschrieben).
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In
einem Fall, wo der Untereinheit zum Regulieren des überlagerten
Signals (Regulierungsmittel) 160 von der Untereinheit zum
Detektieren des Zustands 170 angezeigt wird, dass die Ansprechcharakteristik
im stabilen Zustand ist, wählt die Untereinheit zum Regulieren
einen ersten Amplitudenwert fr1 aus, der in einem ersten Speicher
(zweites Speicherungsmittel) 161 gespeichert ist, und reguliert
das Signal zum Messen der Impedanz derart, dass der Amplitudenwert
des Signals der erste Amplitudenwert fr1 ist.
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Andererseits
wählt in einem Fall, wo der Untereinheit zum Regulieren
des überlagerten Signals 160 von der Untereinheit
zum Detektieren des Zustands 170 angezeigt wird, dass die
Ansprechcharakteristik im instabilen Zustand ist, die Untereinheit zum
Regulieren einen zweiten Amplitudenwert fr2 (> fr1) aus, der größer
als der erste Amplitudenwert ist und der in einem zweiten Speicher
(zweites Speicherungsmittel) 162 gespeichert ist, und reguliert
das Signal zum Messen der Impedanz derart, dass der Amplitudenwert
des Signals der zweite Amplitudenwert fr2 ist.
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Somit
ist, wenn der Zustand der Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 aus
dem Drosselspulenstrom IL und der Karte der Ansprechcharakteristik
erfasst wird und der Amplitudenwert des Signals zum Messen der Impedanz
basierend auf einem solchen Zustand geändert wird, eine
gleich bleibend präzise Impedanzmessung unabhängig
von der Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 möglich.
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Nachstehend
werden ausführlich die Zustände der Ansprechcharakteristik
des DC/DC-Wandlers 30 beschrieben.
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5 ist
ein Schaltplan, der einen ausführlichen Aufbau des DC/DC-Wandlers 30 zeigt.
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Der
DC/DC-Wandler 30 ist ein Vollbrückengleichrichter,
der einen ersten Brückenzweig, der zwischen den Anschlüssen
der Batterie 20 geschaltet ist; einen zweiten Brückenzweig,
der zwischen den Anschlüssen der Brennstoffzelle 40 geschaltet ist;
und eine Drosselspule L, die zwischen dem ersten Brückenzweig
und dem zweiten Brückenzweig geschaltet ist, enthält.
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Der
erste Brückenzweig enthält die IGBT-Elemente TR1,
TR2, die zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol der Batterie 20 in
Reihe geschaltet sind; und die Dioden D1, D2, die parallel zu den
IGBT-Elementen TR1, TR2 geschaltet sind.
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Der
Kollektor des IGBT-Elements TR1 ist mit dem positiven Pol der Batterie 20 verbunden
und dessen Emitter ist mit einem Knoten N1 verbunden. Die Diode
D1 ist unter der Annahme geschaltet, dass eine Richtung vom Knoten
N1 zum positiven Pol der Batterie 20 eine Vorwärtsrichtung
ist.
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Der
Kollektor des IGBT-Elements TR2 ist mit dem Knoten N1 verbunden
und dessen Emitter ist mit dem negativen Pol der Batterie 20 verbunden.
Die Diode D2 ist unter der Annahme geschaltet, dass eine Richtung
vom negativen Pol der Batterie 20 zum Knoten N1 eine Vorwärtsrichtung
ist.
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Der
zweite Brückenzweig enthält die IGBT-Elemente
TR3, TR4, die in Reihe zwischen dem positiven Anschluss der Spannungsquelle
und dem negativen Anschluss der Spannungsquelle der Brennstoffzelle 40 geschaltet
sind; eine Diode D3, die parallel zum IGBT-Element TR3 geschaltet
ist; und eine Diode D4, die parallel zu IGBT-Elementen TR4 geschaltet
ist.
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Der
Kollektor des IGBT-Elements TR3 ist mit dem positiven Anschluss
der Spannungsquelle der Brennstoffzelle 40 verbunden und
dessen Emitter ist mit einem Knoten N2 verbunden. Die Diode D3 ist
unter der Annahme geschaltet, dass eine Richtung vom Knoten N2 zum
positiven Anschluss der Spannungsquelle der Brennstoffzelle 40 eine
Vorwärtsrichtung ist.
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Der
Kollektor des IGBT-Elements TR4 ist mit dem Knoten N2 verbunden
und dessen Emitter ist mit dem negativen Anschluss der Spannungsquelle
der Brennstoffzelle 40 verbunden. Die Diode D4 ist unter der
Annahme geschaltet, dass eine Richtung vom negativen Anschluss der
Spannungsquelle der Brennstoffzelle 40 zum Knoten N2 eine
Vorwärtsrichtung ist. Die Drosselspule L ist zwischen dem
Knoten N1 und dem Knoten N2 geschaltet.
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Gemäß einem
solchen Aufbau werden ein Druckanstieg und ein Druckabfall von der
Seite der Batterie 20 zur Seite der Brennstoffzelle 40 ermöglicht,
und ein Druckanstieg und ein Druckabfall von der Seite der Brennstoffzelle 40 zur
Seite der Batterie 20 werden ermöglicht.
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Weiterhin
enthält der DC/DC-Wandler 30 eine DC-CPU 31,
eine Untereinheit zum Erzeugen von Totzeit 33 und einen
Stromsensor (Messmittel) SE, welcher einen Strom (Drosselspulenstrom)
IL der Drosselspule L detektiert.
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Die
DC-CPU 31 gibt ein Signal GATEBA ab, welches eine Referenz
für eine relative Einschaltdauer des Wandlers in Reaktion
auf den Spannungseinstellungswert Vfcr und den Stromwert IL ist.
Das Signal GATEBA wird von der DC-CPU 31 an die Untereinheit
zum Erzeugen von Totzeit 33 übermittelt.
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Die
Untereinheit zum Erzeugen von Totzeit 33 verzögert
einen Anstieg oder einen Abfall eines Inputsignals, wodurch eine
Totzeit geregelt wird, in welcher beide der zwei Abgabesignale während
der Wirkungsdauern von zwei komplementären Abgabesignalen
inaktiv sind. Hier wird, wenn zwei IGBT-Elemente, welche zu demselben
Brückenzweig gehören, gleichzeitig angeschaltet
werden, eine Inputspannungsquelle kurzgeschlossen und es fließt
ein hoher Strom. Eine Zeitdauer, die geregelt ist, um einen solchen
Kurzschluss zu verhindern, und in der zwei IGBT-Elemente, die zum
selben Brückenzweig gehören, beide abgeschaltet
sind, wird als Totzeit bezeichnet. Es ist anzumerken, dass die DC-CPU 31 mit
einer Untereinheit zum Korrigieren der Totzeit 34 versehen
ist, welche die Totzeit korrigiert (Einzelheiten werden später
beschrieben).
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6 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Drosselspulenstrom
IL und dem Zustand des DC/DC-Wandlers 30 zeigt. Es ist
anzumerken, dass in der folgenden Beschreibung angenommen wird,
dass eine Richtung des Drosselspulenstroms IL, der von der Seite
der Batterie 20 zu der Seite der Brennstoffzelle 40 fließt,
positiv ist (vergleiche die Pfeile, die in 5 gezeigt
werden).
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Zustand
A ist ein Zustand, bei dem in einem Zyklus des Schaltens ein Maximalwert
Imax für den Drosselspulenstrom IL die folgende Formel
(1) erfüllt. Das heißt, der Zustand A ist ein
Zustand, bei dem die Brennstoffzelle 40 die Batterie 20 auflädt
(Zustand des Batterieladens). Imax < Ia1 (1)wobei Ia1
der Ladeschwellenwert (< 0)
ist.
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Zustand
B ist ein Zustand, bei dem in einem Zyklus des Schaltens der Maximalwert
Imax bzw. ein Minimalwert Imin für den Drosselspulenstrom
IL die folgenden Formeln (2) bzw. (3) erfüllen. Das heißt, der
Zustand B ist ein Zustand, bei dem ein Strom, um die Batterie 20 aufzuladen,
und ein Strom, der aus der Batterie 20 entladen wird, im
Wesentlichen antagonistisch sind (Gleichgewichtszustand der Batterieausgangsleistung). Ib1 < Imin < Ib2 (2) Ib3 < Imax < Ib4 (3)wobei Ib1
der erste Gleichgewichtsschwellenwert (< 0) ist
Ib2 der zweite Gleichgewichtsschwellenwert
(< 0) ist
Ib3
der dritte Gleichgewichtsschwellenwert (> 0) ist
Ib4 der vierte Gleichgewichtsschwellenwert
(> 0) ist Zustand
C ist ein Zustand, bei dem in einem Zyklus des Schaltens der Minimalwert
Imin für den Drosselspulenstrom IL die folgende Formel
(4) erfüllt. Das heißt, der Zustand C ist ein
Zustand, bei dem Elektrizität von der Batterie 20 zu
der Brennstoffzelle 40 entladen wird (Zustand des Batterieentladens). Ic1 < Imin (4)wobei Ic1
der Entladeschwellenwert (> 0)
ist.
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Die
Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 behält
ihren zufriedenstellenden Zustand, wenn der Zustand in einem der
Zustände A, B und C ist, verschlechtert sich aber während
des Übergangs zwischen den Zuständen A, B und
C (d. h. der Maximalwert Imax oder der Minimalwert Imin für
den Drosselspulenstrom IL erfüllt keine der Beziehungen
aus den vorstehenden Formeln (1) bis (4)).
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Um
das Problem zu lösen, wird in der vorliegenden Ausführungsform
im Voraus mit einem Experiment oder dergleichen eine Beziehung zwischen dem
Drosselspulenstrom IL und jedem Zustand erhalten, die Karte der
Ansprechcharakteristik wird erzeugt, welche eine solche Übereinstimmung
anzeigt, und die Karte wird im Voraus im Speicher 171 gespeichert.
Die Untereinheit zum Detektieren des Zustands 170 vergleicht
den Drosselspulenstrom IL, der vom Stromsensor SE detektiert wird,
mit der Karte der Ansprechcharakteristik, um den Zustand des DC/DC-Wandlers 30 zu
diesem Zeitpunkt zu erfassen, und zeigt der Untereinheit zum Regulieren
des überlagerten Signals 160 den Zustand an. Es
ist anzumerken, dass in der folgenden Beschreibung die Zustände
A, B und C als der „stabile Zustand" bezeichnet werden,
und ein Zustand, bei dem der Übergang aus jedem stabilen
Zustand auftritt, wird als der „instabile Zustand" bezeichnet.
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<Zustand
A; Zustand des Batterieladens>
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7 ist
ein Diagramm der Wellenform beim Betrieb, das eine Beziehung zwischen
dem Bezugssignal GATEBA und einer Änderung des Drosselspulenstroms
IL im Zustand A aus 6 zeigt.
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Wie
in 7 gezeigt, werden, wenn das Bezugssignal GATEBA
zu einem Zeitpunkt t1 fällt, die IGBT-Elemente TR1, TR4
aus dem An-Zustand in den Aus-Zustand zu einem Zeitpunkt t2 inaktiviert, und
die IGBT-Elemente TR2, TR3 werden aus dem Aus-Zustand in den An-Zustand
zu einem Zeitpunkt t3 aktiviert, nachdem eine Totzeit Tbt1 vergangen
ist.
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Nachfolgend
werden in Reaktion auf einen Anstieg des Bezugssignals GATEBA zu
einem Zeitpunkt t4 die IGBT-Elemente TR2, TR3 aus dem An-Zustand
in den Aus-Zustand zu einem Zeitpunkt t5 inaktiviert, und die IGBT-Elemente
TR1, TR4 werden aus dem Aus-Zustand in den An-Zustand zu einem Zeitpunkt
t6 aktiviert, nachdem eine Totzeit Tbt2 vergangen ist.
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Hier
sind die Dioden D1 bis D4 jeweils parallel zu den IGBT-Elementen
TR1 bis TR4 geschaltet. Deshalb kann selbst in der Totzeit ein Strom
in der Vorwärtsrichtung jeder Diode fließen.
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Im
Zustand A ist der Drosselspulenstrom IL negativ, das heißt,
der Drosselspulenstrom IL fließt vom Knoten N2 zum Knoten
N1 in 5. Deshalb sind die Dioden D1, D4 in der Totzeit
elektrisch durchgängig, wenn alle der IGBT-Elemente TR1
bis TR4 im Aus-Zustand sind, der Drosselspulenstrom IL nimmt während
des Zeitraums vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t9 in einem Zyklus
zu, und der Zeitraum, wenn der Drosselspulenstrom in einem Zyklus abnimmt,
ist lediglich der Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zu t5, wenn die
IGBT-Elemente TR2, TR3 elektrisch durchgängig sind. Deshalb
nimmt unter der Annahme, dass die relative Einschaltdauer des Bezugssignals
GATEBA 50% beträgt, der Drosselspulenstrom IL in der Regel
im Zustand A allmählich zu.
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<Zustand
B; Gleichgewichtszustand der Batterieausgangsleistung>
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8 ist
ein Diagramm der Wellenform beim Betrieb, das eine Beziehung zwischen
dem Bezugssignal GATEBA und der Änderung des Drosselspulenstroms
im Zustand B aus 6 zeigt.
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Da
das Bezugssignal GATEBA und die An/Aus-Zustände der IGBT-Elemente
TR1 bis TR4 aus 8 denjenigen aus 7 gleich
sind, wird eine Beschreibung davon weggelassen.
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Im
Zustand B werden der Zeitraum, in dem der Drosselspulenstrom IL
positiv ist, das heißt der Drosselspulenstrom IL vom Knoten
N1 zum Knoten N2 aus 5 fließt, und der Zeitraum,
in dem der Drosselspulenstrom IL negativ ist, das heißt
der Drosselspulenstrom IL von Knoten N1 zum Knoten N2 aus 5 fließt,
wiederholt.
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In
diesem Fall nimmt für den Zeitraum, der durch Addieren
der Totzeit Tbt1 zu dem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt
t4, wenn die IGBT-Elemente TR2, TR3 elektrisch durchgängig
sind, erhalten wird, das heißt für den Zeitraum
vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t5, der Drosselspulenstrom IL
in einem Zyklus ab, und für den Zeitraum, der durch Addieren
der Totzeit Tbt2 zu dem Zeitraum vom Zeitpunkt t6 bis zum Zeitpunkt
t8, wenn die IGBT-Elemente TR1, TR4 elektrisch durchgängig
sind, erhalten wird, das heißt für den Zeitraum
vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t8, nimmt der Drosselspulenstrom
IL in einem Zyklus zu. Deshalb bleibt unter der Annahme, dass die
relative Einschaltdauer des Bezugssignals GATEBA 50% beträgt,
der vorliegende Zustand des Drosselspulenstroms IL im Zustand B
erhalten.
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<Zustand
C; Zustand des Batterieentladens>
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9 ist
ein Diagramm der Wellenform beim Betrieb, das eine Beziehung zwischen
dem Bezugssignal GATEBA und der Änderung des Drosselspulenstroms
in einem Zustand C aus 6 zeigt.
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Da
das Bezugssignal GATEBA und die An/Aus-Zustände der IGBT-Elemente
TR1 bis TR4 aus 9 denjenigen aus 7 gleich
sind, wird eine Beschreibung davon weggelassen.
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Im
Zustand C ist der Drosselspulenstrom IL positiv, das heißt,
der Drosselspulenstrom IL fließt vom Knoten N1 zum Knoten
N2 aus 5. Deshalb sind in der Totzeit, wenn alle der
IGBT-Elemente TR1 bis TR4 im Aus-Zustand sind, die Dioden D2, D3 elektrisch
durchgängig.
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Das
heißt für den Zeitraum, der durch Addieren der
Totzeiten Tbt1, Tbt2 zu dem Zeitraum vom Zeitpunkt t3 bis t4, wenn
die IGBT-Elemente TR2, TR3 elektrisch durchgängig sind,
erhalten wird, das heißt für den Zeitraum vom
Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t8, nimmt der Drosselspulenstrom
IL in einem Zyklus ab, und der Zeitraum, wenn der Drosselspulenstrom
in einem Zyklus zunimmt, ist lediglich der Zeitraum vom Zeitpunkt
t6 bis zum Zeitpunkt t8, wenn die IGBT-Elemente TR1, TR4 elektrisch
durchgängig sind.
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Deshalb
nimmt unter der Annahme, dass die relative Einschaltdauer des Bezugssignals
GATEBA 50% beträgt, der Drosselspulenstrom IL in der Regel im
Zustand C allmählich ab.
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Wie
vorstehend unter Bezug auf die 7 bis 10 beschrieben
unterscheidet sich die relative Einschaltdauer des Bezugssignals
GATEBA von der relativen Einschaltdauer, mit der der Drosselspulenstrom
tatsächlich erhöht oder verringert wird, im Hinblick
auf den Zustand des Drosselspulenstroms, und deshalb muss, um eine
Regulierung mit guter Präzision durchzuführen,
die relative Einschaltdauer des Bezugssignals GATEBA gemäß dem
Zustand des Drosselspulenstroms korrigiert werden.
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Demgemäß korrigiert
in der vorliegenden Ausführungsform die Untereinheit zum
Korrigieren der Totzeit 34 der DC-CPU 31 (siehe 5)
die Totzeit. Beim Empfangen eines Detektionsergebnisses des Drosselspulenstroms
IL aus dem Stromsensor SE be urteilt die Untereinheit zum Korrigieren
der Totzeit 34, ob sich der DC/DC-Wandler 30 im
Zustand A, B oder C (stabiler Zustand) oder dem Zustand (instabiler
Zustand) befindet, bei dem der Übergang aus jedem stabilen
Zustand auftritt. Die Untereinheit zum Korrigieren der Totzeit 34 wählt
einen Korrekturwert der relativen Einschaltdauer für die
Totzeit aus, welcher dem beurteilten Zustand entspricht. Genauer gesagt
wählt die Untereinheit zum Korrigieren der Totzeit 34 einen
Spannungswert von –36 V als den Korrekturwert im Zustand
A aus, wählt 5,4 V im Zustand B aus und wählt
42,8 V im Zustand C aus, während eine Regulierung durchgeführt
wird, wodurch allmählich der Korrekturwert in einem Fall
des Übergangs vom A zum Zustand B oder in einem Fall des Übergangs
vom Zustand B zum Zustand C verändert wird. Der Korrekturwert,
der auf diese Weise ausgewählt wurde, spiegelt sich im
Bezugssignal GATEBA wider, und das Bezugssignal GATEBA, in welchem sich
der Korrekturwert widerspiegelt, wird von der DC-CPU 31 an
die Untereinheit zum Erzeugen von Totzeit 33 abgegeben.
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Auf
diese Weise wird der Zustand der Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 aus dem
Drosselspulenstrom IL und der Karte der Ansprechcharakteristik erfasst,
und die Amplitude des AC-Signals zum Messen der Impedanz wird basierend
auf dem erfassten Zustand reguliert, und somit wird eine gleich
bleibend präzise Impedanzmessung unabhängig von
der Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 ermöglicht.
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C. Dritte Ausführungsform
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Bei
der vorstehenden zweiten Ausführungsform wird die Amplitude
eines AC-Signals zum Messen der Impedanz reguliert, um dadurch die
Impedanz zu messen, aber an Stelle der Regulierung der Amplitude
kann ein Betriebspunkt eines Systems verändert werden,
und die Impedanzmessung kann mit dem veränderten Betriebspunkt
durchgeführt werden.
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10 ist
ein Diagramm, das einen Aufbau der Funktionen einer Kontrolleinheit 10'' in
einer dritten Ausführungsform zeigt. Es ist anzumerken,
dass Komponenten, die denjenigen in der Kontrolleinheit 10',
die in 4 gezeigt wird, entsprechen, mit den selben Bezugsziffern
bezeichnet werden und eine ausführliche Beschreibung davon
weggelassen wird.
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Eine
Untereinheit zum Regulieren der Zielspannung (Zustandsregulierungsmittel) 180 reguliert eine
Ausgangszielspannung, die von der Untereinheit zur Bestimmung der
Zielspannung 110 basierend auf einem Zustand des DC/DC-Wandlers 30, der
von einer Untereinheit zum Detektieren des Zustands 170 angezeigt
wird, bestimmt wird. Genauer gesagt führt die Untereinheit
zum Regulieren der Zielspannung 180 in einem Fall nichts
durch, wo von der Untereinheit zum Detektieren des Zustands 170 angezeigt
wird, dass der Wandler in einem stabilen Zustand ist. Wenn andererseits
die Untereinheit zum Regulieren der Zielspannung 180 von
der Untereinheit zum Detektieren des Zustands 170 den instabilen
Zustand angezeigt bekommt, wird eine Regulierung durchgeführt,
um die Ausgangszielspannung derart zu erhöhen (oder zu
verringern), dass die Ansprechcharakteristik des DC/DC-Wandlers 30 vom instabilen
Zustand in dem stabilen Zustand übergeht. Wenn eine solche
Regulierung durchgeführt wird, verändert sich
der Betriebspunkt des Systems, und die Ansprechcharakteristik des
DC/DC-Wandlers 30 geht vom instabilen Zustand in den stabilen
Zustand über.
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Die
Ausgangszielspannung kann somit reguliert werden, um den Betriebspunkt
des Systems zu verändern, und die Impedanzmessung kann
in einem Fall durchgeführt werden, wo die Ansprechcharakteristik
des DC/DC-Wandlers 30 im stabilen Zustand ist.
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Es
ist anzumerken, dass das Brennstoffzellensystem der vorliegenden
Erfindung nicht auf einen Aufbau begrenzt ist, der in 1 gezeigt
wird, bei dem der DC/DC-Wandler 30 und der Inverter 60 mit dem
Abgabeende der Brennstoffzelle 40 verbunden sind und die
Batterie 20 mit dem Abgabeende des DC/DC-Wandlers 30 verbunden
ist. Beispielsweise kann das System derart aufgebaut sein, dass
der DC/DC-Wandler 30 mit dem Abgabeende der Brennstoffzelle 40 verbunden
ist und der Inverter 60 und die Batterie 20 mit
dem Abgabeende des DC/DC-Wandlers 30 verbunden sind.
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Zusammenfassung
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Brennstoffzellensystem
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Es
wird ein Brennstoffzellensystem bereitgestellt, bei dem eine gleich
bleibend präzise Impedanzmessung unabhängig von
einer Ansprechcharakteristik des Spannung wandelnden Geräts
ermöglicht wird. Eine Untereinheit zur Analyse des überlagerten
Signals analysiert ein Signal zum Messen der Impedanz nach dem Durchlaufen
durch einen DC/DC-Wandler, um dadurch einer Untereinheit zur Regulierung
der Amplitude des überlagerten Signals ein Analyseergebnis
anzuzeigen. Eine Untereinheit zur Regulierung der Amplitude des überlagerten
Signals reguliert einen Amplitudenwert des Signals zum Messen der
Impedanz, das von einer Untereinheit zur Erzeugung des überlagerten
Signals basierend auf dem Ergebnis erzeugt wird, das von der Untereinheit
zur Analyse des überlagerten Signals angezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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