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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Ausführen einer Temperaturdetektion für einen Hochdrucktank und insbesondere eine Technologie zum Ausführen einer Ausfallbeurteilung eines Temperatursensors.
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VERWANDTE TECHNIK
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Die nachstehende Patentschrift 1 beschreibt eine Technik zum Anordnen eines Temperaturdetektions-Referenzwiderstands und eines Abschaltungsdetektions-Referenzwiderstands, um eine Abschaltung zu detektieren, während die Detektionsgenauigkeit eines Thermistor-Temperaturdetektors sichergestellt wird. Die nachstehende Patentschrift 2 offenbart eine Struktur zum Detektieren einer Abschaltung eines Thermistor-Temperaturdetektors. Die nachstehende Patentschrift 3 offenbart eine Struktur zum Detektieren eines Ausfalls, wie z. B. einer Abschaltung oder eines Kurzschlusses eines Thermistor-Temperaturdetektors. Die nachstehende Patentschrift 4 offenbart eine Technologie zum Detektieren einer Abschaltung basierend auf einem Ausmaß einer Temperaturerhöhung, die in der Temperaturmessung einer elektrischen Antriebseinheit durch einen Thermistor-Temperaturdetektor beinhaltet ist.
Patentschrift 1:
JP-A 11-281499 (Kokai)
Patentschrift 2:
JP-A 2005-156389 (Kokai)
Patentschrift 3:
JP-A 2000-193533 (Kokai)
Patentschrift 4:
JP-A 2001-255213 (Kokai)
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JP 2005 240 854 A beschreibt ein Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem mit einem Hochdrucktank, einem Temperatursensor und einer Kontrolleinrichtung. Der Temperatursensor detektiert die Temperatur innerhalb des Hochdrucktanks.
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KURZFASSUNG
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Aufgabenstellung der Erfindung
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Aufgrund des Beladens mit einem oder des Abführens von einem Fluid ist ein Hochdrucktank gelegentlich enormen Veränderungen in Bezug auf Gewichts, Druck und Temperatur oder ähnlichem ausgesetzt. Die in der Patentschrift 1 bis 4 beschriebene Technologie könnte aufgrund einer deutlichen Veränderung in der Messumgebung nicht in der Lage sein, einen Ausfall mit hoher Genauigkeit zu detektieren. Und wenn die Technologie der Patentschrift 1 angewendet wird, steht zu befürchten, dass immer häufiger auf einen Abschaltungsdetektions-Referenzwiderstand umgeschaltet wird.
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Die vorliegende Erfindung verbessert die Ausfalldetektionsgenauigkeit eines Temperatursensors zum Detektieren einer Temperatur in einem Hochdrucktank.
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Die vorliegende Erfindung verbessert zudem die Zuverlässigkeit der Temperaturdetektion innerhalb des Hochdrucktanks.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe der Erfindung wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, das einen Temperatursensor zum Detektieren einer Temperatur in einem Hochdrucktank aufweist, der mit einem unter hohem Druck stehenden Fluid beladen wird; und eine Beurteilungseinheit zum Ausführen einer Ausfallbeurteilung des Temperatursensors gemäß einer Ausfallbeurteilungsbedingung, wobei die Ausfallbeurteilungsbedingung gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag innerhalb eines Hochdrucktanks bestimmt wird.
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Der Hochdrucktank ist ein Behälter, der mit einem unter hohem Druck stehenden Fluid befüllt ist. Der Begriff „Hochdruck” steht in diesem Zusammenhang für einen Druck, der zumindest über dem Atmosphärendruck liegt (1 Atmosphäre = 0,0001 MPa). Außerdem ist unter dem Begriff „Fluid” ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit zu verstehen. Der Temperatursensor ist eine Vorrichtung zum Detektieren eines Temperaturzustands innerhalb des Hochdrucktanks, der gemessen und in Form von Informationen, wie z. B. als Spannung oder Strom, abgefragt wird. Das Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem ist mit einer Anzeigevorrichtung oder einer Speichervorrichtung ausgestattet und führt häufig einen Informationsvisualisierungsvorgang oder einen Speichervorgang der abgefragten Informationen aus.
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Die Beurteilungseinheit ist eine Einheit zum Beurteilen eines Ausfalls des Temperatursensors gemäß einer Ausfallbeurteilungsbedingung und kann durch eine Software oder eine Hardware konfiguriert sein. Fällt der Temperatursensor aus, heißt dass, dass eine Störung vorliegt, die zu Problemen bei der Temperaturdetektion durch den Temperatursensor führen kann. Der Ausfall des Temperatursensors kann eine Störung beinhalten, die im Gegensatz zu einer im Temperatursensor an sich bewirkten Störung in einem Peripheriegerät wie der vorstehend beschriebenen Anzeigevorrichtung oder Speichervorrichtung hervorgerufen wurde. Ein spezielles Beispiel für einen solchen Ausfall kann ein Kurzschluss oder eine Abschaltung in dem ein elektrisches System aufweisenden Temperatursensor sein. Zudem handelt es sich bei der Ausfallbeurteilungsbedingung um eine Bedingung zum Beurteilen, ob ein Ausfall eingetreten ist, und kann als Software oder Hardware in die Beurteilungseinheit aufgenommen werden.
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Bei dieser Ausfallbeurteilungsbedingung hängt die Beurteilung, ob ein Ausfall eingetreten ist, von entweder einem oder von beiden Werten der Fluidmenge und deren Variationsbetrag im Hochdrucktank ab, die sich in zumindest zwei Stufen verändern. Sie können natürlich auch in drei oder mehr Stufen oder kontinuierlich (stufenlos) variiert werden. In diesem Fall kann die Fluidmenge in dem Hochdrucktank durch eine direkte Messung (beispielsweise Druck- oder Gewichtsmessung) oder durch eine indirekte Messung (beispielsweise Abschätzen anhand einer Beladungs- oder Abführmenge) erfasst werden. Ferner kann ein Variationsbetrag der Fluidmenge ebenfalls durch eine direkte Messung oder durch eine indirekte Messung erfasst werden. Die Fluidmenge oder der Variationsbetrag können durch Gewicht, Dichte, Volumen oder Druck bewertet (ausgedrückt) werden, oder können durch einen Betrag bewertet werden, der einen Wert entsprechend einer Fluidmenge oder einem Variationsbetrag (beispielsweise einer Vibrationsfrequenz, einem Brechungsindex oder einem Messeinrichtungs-Drehbetrag oder dergleichen) anzeigt. In anderen Worten kann die Ausfallbeurteilungsbedingung eine Funktion der Fluidmenge an sich oder des Variationsbetrags an sich sein, oder kann eine Funktion eines weiteren Betrags sein, der gemäß der Fluidmenge oder dem Variationsbetrag bestimmt wird. Die Ausfallbeurteilungsbedingung kann zudem gemäß einem Betrag bestimmt werden, der weder von der Fluidmenge noch vom Variationsbetrag abhängt.
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Mittels der vorstehenden Konfiguration kann die Ausfalldetektionsgenauigkeit verbessert werden, weil die Ausfallbeurteilung des Temperatursensors entsprechend der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank erfolgen kann. Zudem kann die Zuverlässigkeit des durch den Temperatursensor detektierten Temperaturwerts verbessert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, bei dem die Ausfallbeurteilungsbedingung eine Bedingung ist, die auf einem Vergleich zwischen einem Ergebnis, das durch den Temperatursensor detektiert wird, und einem Ausfallbeurteilungs-Schwellwert basiert, wobei der Ausfallbeurteilungs-Schwellwert gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt wird, wodurch eine Ausfallbeurteilungsbedingung gemäß der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt wird.
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Mittels der vorstehenden Konfiguration kann beispielsweise die Ausfalldetektionsgenauigkeit durch Bestimmen eines Ausfallbeurteilungs-Schwellwerts gemäß den Detektionseigenschaften bzw. -charakteristika verbessert werden, wenn ein Temperatursensor verwendet wird, dessen Detektionseigenschaften abhängig von der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag variiert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, bei dem die Ausfallbeurteilungsbedingung eine erste Bedingung beinhaltet, um zu bestimmen, ob die Ausfallbeurteilung vorgenommen werden kann oder nicht, und eine zweite Bedingung, um zu beurteilen, ob ein Ausfall vorliegt oder nicht, wenn die Ausfallbeurteilung vorgenommen werden kann, und dabei wird zumindest die erste Bedingung gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt, wodurch die Ausfallbeurteilungsbedingung gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt wird.
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Die erste Bedingung ist eine Bedingung, um zu bestimmen, ob die Ausfallbeurteilung grundsätzlich vorgenommen wird. In anderen Worten kann es sich bei der ersten Bedingung um eine Bedingung handeln, um zu bestimmen, ob die Ausfallbeurteilung vorgenommen wird oder nicht, oder um eine Bedingung, um zu bestimmen, ob die Ergebnisse der vorgenommen Ausfallbeurteilung als gültig behandelt werden (wenn die Ausfallbeurteilung stets aus formalen Gründen vorgenommen wird). Die zweite Bedingung kann entsprechend der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag oder unabhängig von den beiden bestimmt werden. Mittels der vorstehenden Konfiguration kann z. B. die Ausfallbeurteilungsgenauigkeit verbessert werden, wenn die Möglichkeit des Ausführens der Ausfallbeurteilung oder der Ausfallbeurteilungsgenauigkeit gemäß der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank variiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, bei dem das Temperaturdetektionssystem mit einer Abschätzungseinheit zum Abschätzen einer Temperatur im Hochdrucktank gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank unabhängig vom Temperatursensor ausgestattet ist, und die erste Bedingung eine Bedingung ist, um zu bestimmen, ob die Ausfallbeurteilung gemäß einer Temperatur erfolgen kann, die durch die Abschätzungseinheit abgeschätzt wird, wodurch die erste Bedingung gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt wird.
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Im Allgemeinen variiert die Fluidtemperatur abhängig von der Veränderung der Fluidmenge im Hochdrucktank. Die Abschätzungseinheit schätzt die Fluidtemperatur abhängig von der Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank ab. Die Abschätzung kann gemäß thermodynamischen Erkenntnissen oder gemäß experimentellen Ergebnissen oder empirischen Regeln vorgenommen werden. So nähert sich die Temperatur des Hochdrucktanks der Umgebungstemperatur des Hochdrucktanks im Zeitverlauf asymptotisch an. Dementsprechend kann die Abschätzungseinheit die Fluidtemperatur dem Zeitverlauf entsprechend abschätzen, nachdem die Fluidmenge sich verändert hat.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, bei dem das Temperaturdetektionssystem mit einer Abschätzungseinheit zum Abschätzen einer Temperatur im Hochdrucktank gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank unabhängig vom Temperatursensor ausgestattet ist; und die erste Bedingung eine Bedingung ist, um zu bestimmen, dass die Ausfallbeurteilung vorgenommen werden kann, wenn die durch die Abschätzungseinheit abgeschätzte Temperatur sich in einem Bereich befindet, wo die Temperaturdetektion durch den Temperatursensor vorgenommen werden kann, wodurch die erste Bedingung gemäß einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank bestimmt wird. Mittels der vorstehenden Konfiguration kann beispielsweise die Ausfallbeurteilungsgenauigkeit verbessert werden, wenn die Möglichkeit des Ausführens der Ausfallbeurteilung oder die Ausfallbeurteilungsgenauigkeit temperaturabhängig im Hochdrucktank variiert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, das ferner eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Umgebungstemperatur um den Hochdrucktank aufweist, wobei die Abschätzungseinheit ferner eine Temperatur im Hochdrucktank gemäß der Umgebungstemperatur abschätzt. In einem Temperaturausgleichszustand stimmt die Temperatur im Hochdrucktank im Wesentlichen mit der Umgebungstemperatur des Tanks überein. Um dementsprechend eine Temperatur nach der Temperaturveränderung abschätzen zu können, kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der die Umgebungstemperatur des Tanks als eine Temperatur vor der Veränderung angesehen wird. Ansonsten kann die Umgebungstemperatur des Tanks als in einem Prozess befindlich betrachtet werden, in dem sie sich dem Temperaturausgleichszustand nach der Temperaturveränderung erneut annähert.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, das ferner Übereinstimmungsinformationen zum Übereinstimmen einer Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank mit der Machbarkeit bzw. Durchführbarkeit der Ausfallbeurteilung gemäß der ersten Bedingung aufweist, wobei die Beurteilungseinheit eine Ausfallbeurteilung des Temperatursensors gemäß den Übereinstimmungsinformationen ausführt. Die Übereinstimmungsinformationen können beispielsweise als eine Tabelle oder in Form von Funktionen implementiert sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, das eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Umgebungstemperatur um den Hochdrucktank aufweist, wobei die Übereinstimmungsinformationen die Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank, die Umgebungstemperatur und die Durchführbarkeit der Ausfallbeurteilung in Übereinstimmung bringen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, wobei das in den Hochdrucktank zu ladende Fluid gasförmig vorliegt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, wobei es sich bei dem Temperatursensor um einen Thermistor handelt. Der Thermistor ist ein Temperatursensor, der einen Halbleiter verwendet und eine Temperatur gemäß einer Kennlinie bzw. Charakteristik detektiert, nach der der elektrische Widerstand des Halbleiters temperaturabhängig weitgehend variabel ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, das ferner eine Einheit zum Detektieren eines Drucks im Hochdrucktank aufweist, wobei eine Fluidmenge oder deren Variationsbetrag im Hochdrucktank gemäß dem detektierten Druck oder der Druckveränderung abgeschätzt wird. Die Fluidmenge oder deren Variationsbetrag kann gemäß unterschiedlicher Größen, wie z. B. Gewicht, Dichte und dergleichen abgeschätzt (oder ausgedrückt) werden. Hier wird eine Bestimmung vorgenommen, um eine dem Druck entsprechende Abschätzung vorzunehmen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem geschaffen, bei dem der Variationsbetrag gemäß einer Differenz zwischen der Fluidmenge im Hochdrucktank und einer Referenzfluidmenge abgeschätzt wird. Die Referenzfluidmenge beinhaltet beispielsweise eine Fluidmenge, die durch gewöhnliches Beladen erhalten wird, eine Fluidmenge, die durch gewöhnliches Abführen erhalten wird, und eine gemessene oder vorbestimmte Fluidmenge zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Die Referenzfluidmenge kann gemäß einer Eingabe oder als Festwert bestimmt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Hochdrucktanksystem geschaffen, das das Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem und den Hochdrucktank aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines Brennstoffzellenautos gemäß einer Ausführungsform darstellt.
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2 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Struktur eines Thermistors darstellt.
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3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Spannung und einer Temperatur des Thermistors beispielhaft darstellt.
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4 ist ein Diagramm, das einen Veränderungsprozess eines Innendrucks und einer Temperatur, der mit der Abführung eines Wasserstoffgases einhergeht, beispielhaft darstellt.
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5 ist ein Diagramm, das einen Bereich beispielhaft darstellt, in dem eine Abschaltungsbeurteilung des Thermistors ausgeführt wird.
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Erläuterung der Bezugszeichen
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- 10: Brennstoffzellenauto, 12: Fahrzeugkarosserie, 14: Räder, 16: Wasserstofftank, 18: Drucksensor, 20: Thermistor, 22: Brennstoffzelle, 24: Elektromotor, 26: Temperatursensor, 28: Recheneinheit, 30: Temperaturumwandlungsabschnitt, 32: Umwandlungstabelle, 34: Ausfallbeurteilungsabschnitt, 36: Beurteilungstabelle, 38: Anzeigevorrichtung, 40: Speichervorrichtung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend beispielhaft angeführt.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Struktur eines Brennstoffzellenautos 10 gemäß einer Ausführungsform darstellt. Das Brennstoffzellenauto 10 ist ein Fahrzeug, das mit einer Fahrzeugkarosserie 12 und vier Rädern 14 ausgestattet ist. Das Brennstoffzellenauto 10 weist einen einzigen oder mehrere Wasserstofftanks 16 als Hochdrucktanks auf. Der Wasserstofftank 16 ist mit Wasserstoffgas in fluider Form befüllt, und ein Drucksensor 18 zum Detektieren eines Innendrucks und ein Thermistor 20, bei dem es sich um einen Temperatursensor zum Detektieren einer Innentemperatur handelt, sind in der Nähe eines Ventils angeordnet.
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Im Brennstoffzellenauto 10 sind auch eine Brennstoffzelle 22 und ein Elektromotor 24 angebracht. Die Brennstoffzelle 22 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Elektrizität, indem das Wasserstoffgas, das aus dem Wasserstofftank 16 abgeführt wird, mit einem in der Luft enthaltenen Sauerstoff chemisch reagiert. Der Elektromotor 24 wandelt die erzeugte elektrische Energie in eine Drehbewegungsenergie um und überträgt sie auf die Räder 14, um das Brennstoffzellenauto 10 anzutreiben.
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Ein Temperatursensor 26 zum Detektieren einer um den Wasserstofftank 16 herum vorliegenden Temperatur (Außentemperatur) ist ebenfalls an dessen Umfang angebracht. Am Brennstoffzellenauto ist eine Recheneinheit 28, einer Anzeigevorrichtung 38 und eine Speichervorrichtung 40 angebracht. Die Recheneinheit 28 ist ein Computer, der als eine ECU bezeichnet wird (elektrische Steuerungseinheit), und eine Vorrichtung, die verschiedene Arten der Informationsverarbeitung in Bezug auf das Brennstoffzellenauto 10 gemäß einem Programm ausführt. Die Recheneinheit 28 ist mit einem Temperaturumwandlungsabschnitt 30 versehen, der das elektrische Signal (Spannung), das aus dem Thermistor 30 ausgegeben wird, in eine Temperatur umwandelt. Der Temperaturumwandlungsabschnitt 30 ist mit einer Umwandlungstabelle 32 versehen, die gemäß den Kennlinien bzw. Charakteristika des Thermistors 20 erzeugt wird und die zum Umwandeln einer Spannung in eine Temperatur verwendet wird. Die Recheneinheit 28 ist mit einem Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 versehen, der eine Ausfallbeurteilung des Thermistors 20 ausführt, nachdem er die Ausgangssignale aus dem Drucksensor 18, dem Thermistor 20 und dem Temperatursensor 26 erhalten hat. Der Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 ist eine Vorrichtung, die als eine Beurteilungseinheit dient und eine Abschaltung oder einen Kurzschluss in dem elektrischen System des Thermistors 20 unter Bezugnahme auf eine eingebaute Beurteilungstabelle 36 detektiert. Die Beurteilungstabelle 36 speichert Ausfallbeurteilungsbedingungen in Form einer Tabelle. Auf die Besonderheiten derselben wird im Nachfolgenden ausführlicher eingegangen.
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Die Anzeigevorrichtung 38 ist eine Vorrichtung mit einer LED (lichtemittierenden Diode), einem Flüssigkristallmonitor und dergleichen und zeigt die Temperatur, die durch den Temperaturumwandlungsabschnitt 30 umgewandelt wird, Ausfallinformationen, die aus dem Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 ausgegeben werden und dergleichen an. Die Speichervorrichtung 40 ist eine Vorrichtung mit einem Halbleiterspeicher und speichert die durch den Temperaturumwandlungsabschnitt 30 umgewandelte Temperatur, Ausfallinformationen, die aus dem Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 ausgegeben werden, und dergleichen.
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Der Hochdrucktank 16 wird an einer Tankstation, einer Wartungseinrichtung oder dergleichen mit Wasserstoffgas befüllt. Die Beladungsmenge ist nicht unbedingt begrenzt, doch wird eine Auffüll-Beladungsmenge (z. B. 70 MPa) im Allgemeinen unter Berücksichtigung rechtlicher Bestimmungen sowie des Fassungsvermögens, des Druckfestigkeitsverhaltens und dergleichen des Wasserstofftanks 16 bestimmt, und basierend auf dieser Bestimmung wird der Beladungsvorgang ausgeführt. Das geladene Wasserstoffgas wird während des Fahrzeugbetriebs abgeführt und durch die Brennstoffzelle 22 verbraucht. Wenn der Innendruck auf einen Wert nahe dem atmosphärischen Druck abfällt, gestaltet sich das vorsätzliche Abführen des Wasserstoffgases aus dem Wasserstofftank 16 schwierig, und es wird davon ausgegangen, dass der Wasserstofftank 16 entleert ist. Da der Atmosphärendruck im Vergleich zu dem Druck des vollen Tanks ziemlich niedrig ist, wird bei einem darunter liegenden Wert mitunter davon ausgegangen, dass der Druckbetrag, wenn der Wasserstofftank 16 sich entleert, näherungsweise 0 MPa beträgt.
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Während des Beladens des Wasserstofftanks 16 mit Wasserstoffgas, nimmt der Druck (Innendruck des Wasserstofftanks 16) des Wasserstoffgases abhängig von der Lademenge zu, wie aus der Gleichung des Gaszustands hervorgeht. Während des Wasserstoffgasladevorgangs wird anhand des ersten Hauptgesetzes der Wärmelehre deutlich, dass das Wasserstoffgas durch Druck bzw. Kompression Arbeit aufnimmt und seine innere Energie zunimmt. In anderen Worten weist das Wasserstoffgas ladungsmengenabhängig eine hohe Temperatur auf. Das Wasserstoffgas strahlt jedoch durch den Wasserstofftank 16 Wärme ab und erreicht nach Ablauf einer längeren Zeitdauer ein Temperaturgleichgewicht mit der Umfangsfläche. In anderen Worten nähert sich die Temperatur des Wasserstoffgases der Umgebungstemperatur (typischerweise der Außentemperatur) asymptotisch an.
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Wenn hingegen das Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 16 abgeführt wird, nimmt der Wasserstoffgasdruck von der Abführmenge abhängig ab. Auch nähert sich die Wasserstoffgastemperatur allmählich der Umgebungstemperatur asymptotisch an, nachdem sie von der Abführmenge abhängig abgefallen ist. Die Beziehung zwischen der Beladungsmenge oder Abführmenge und dem Druck oder der Temperatur (und auch deren Veränderung im Zeitverlauf) kann thermodynamischen Theorien oder experimentellen Ergebnissen gemäß prognostiziert werden.
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Anschließend erfolgt unter Bezugnahme auf 2 eine Beschreibung des Thermistors 20 zum Detektieren einer Temperatur innerhalb des Wasserstofftanks 16. 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Strukturbeispiel des Thermistors 20 darstellt. Wie z. B. in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Thermistor 20 so konfiguriert, dass ein Widerstand mit einem elektrischen Widerstandswert r, der eine niedrige Temperaturabhängigkeit aufweist und ein Kriterium darstellt, und eine Halbleitervorrichtung, die einen elektrischen Widerstand R aufweist, der mit zunehmender Temperatur immer kleiner wird (und mit abfallender Temperatur immer größer wird), direkt verbunden sind (wobei diese Halbleitervorrichtung in manchen Fällen auch als Thermistor bezeichnet wird, doch in dieser Ausführungsform wird die Temperaturdetektionsvorrichtung, die die vorstehend beschriebenen Widerstände beinhaltet, als der Thermistor bezeichnet). Darüber hinaus ist an deren beiden Enden eine Referenzspannung (hier: 5 V) angelegt. Somit wird eine Spannung v = R5 (R + r), die temperaturabhängig bestimmt wird, an die Halbleitervorrichtung angelegt. Eine Beziehung zwischen der Spannung v und der Temperatur wird zuvor in die in 1 gezeigte Umwandlungstabelle 32 eingeben, und der Temperaturumwandlungsabschnitt 30 wandelt die Spannung v unter Bezugnahme auf die Umwandlungstabelle 32 in die Temperatur um.
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3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Spannung v (vertikale Achse) und der Temperatur (horizontale Achse) zeigt. Wenn die Temperatur absinkt, wird der elektrische Widerstandswert R bzw. Widerstand R der Halbleitervorrichtung sehr klein, und die Spannung v nähert sich dem Wert 5 V. Wenn umgekehrt die Temperatur einen hohen Wert erreicht, wird der elektrische Widerstand R bzw. Widerstandswert R sehr groß, und die Spannung V nähert sich dem Wert 0 V. In dem veranschaulichenden Beispiel beträgt die Spannung v 4,9 V bei einer Temperatur von –30 Grad Celsius, und bei 90 Grad Celsius beträgt die Spannung 0,2 V.
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Der Thermistor 20 ist so konzipiert, dass ein Bereich von –30 Grad Celsius bis 90 Grad Celsius, also die Spannung V in einem Bereich von 4,9 V bis 0,2 V als Detektionsbereich verwendet wird. Insbesondere soll der Thermistor den elektrischen Widerstandswert R der Halbleitervorrichtung und den elektrischen Widerstandswert r des Widerstands aufweisen, so dass er im vorstehenden Detektionsbereich eine ausreichende Temperaturauflösung aufweist. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass, wenn die Spannung v einen Wert anzeigt, der nicht in den Detektionsbereich fällt, beurteilt wird, dass ein Ausfall eingetreten ist. Insbesondere wenn die Spannung v den Obergrenzewert von 4,9 V überschreitet, weist dies auf einen Zustand hin, dass der elektrische Widerstand R sehr groß geworden ist, und es wird davon ausgegangen, dass eine Abschaltung eingetreten ist. Wenn die Spannung v den Untergrenzewert von 0,2 V unterschreitet, weist dies auf einen Zustand hin, dass der elektrische Widerstand R im Wesentlichen den Wert 0 erreicht hat, und es wird davon ausgegangen, dass ein Kurzschluss eingetreten ist.
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Die Beurteilung eines Ausfalls, wie z. B. eines Kurzschlusses oder einer Störung, erfolgt durch den Ausfallbeurteilungsabschnitt 34. Unter Bezugnahme auf die Beurteilungstabelle 36, bei der es sich um eine Tabelle handelt, die die Spannung v mit dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Ausfalls in Übereinstimmung bringt, nimmt der Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 eine Ausfallbeurteilung vor. Wie vorstehend beschrieben, wird im Wasserstofftank 16 jedoch abhängig von der Beladung oder Abführung bzw. Entleerung des Wasserstoffgases eine Temperaturveränderung bewirkt, die deutlicher als in der Umgebung ist. Es besteht somit die Möglichkeit, dass die Temperatur abhängig von einem Beladungs- oder Abführ- bzw. Entleerungsfüllstand einen Wert erreicht, der nicht in einen detektierbaren Bereich des Thermistors 20 fällt.
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4 ist ein Graph, der ein Beispiel für einen Fall veranschaulicht, in dem der Wasserstofftank 16 eine Temperatur erzeugt, die sich außerhalb des durch den Thermistor 20 detektierten Bereichs befindet. Die vertikale Achse des Graphs stellt die Temperatur des Wasserstofftanks 16 dar, und die horizontale Achse stellt den Innendruck des Wasserstofftanks 16 und die Veränderungen des Innendrucks dar.
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In dem Beispiel von 4 wird angenommen, dass der Initialzustand bzw. der Ursprungszustand derart ist, dass der Innendruck und die Temperatur des Wasserstofftanks 16 sich an einem Punkt A auf dem Graphen befinden. Der Wasserstofftank 16 ist anders ausgedrückt vollständig mit Wasserstoffgas beladen, und es wird ein Innendruck von 70 MPa angezeigt. Das Wasserstoffgas befindet sich mit dem Umfang des Tanks in einem Temperaturgleichgewicht, und seine Temperatur beträgt genau wie die Umgebungstemperatur 30 Grad Celsius.
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Befindet sich das Brennstoffzellenauto 10 im Fahrbetrieb, verändern sich der Innendruck und die Temperatur des Wasserstofftanks 16 dem durchgehenden Linienverlauf in der Zeichnung folgend. In dem veranschaulichten Beispiel nehmen der Innendruck und die Temperatur linear ab und erreichen einen Punkt C (Innendruck von 0 MPa, Temperatur von –50 Grad Celsius) über einen Punkt B (Innendruck von 20 MPa, Temperatur von –30 Grad Celsius). Wenn zudem der Wasserstofftank 16 entleert wird, wird dieser durch die Umgebungstemperatur beeinflusst, und dessen Temperatur steigt an und nähert sich einem Punkt D (Innendruck von 0 MPa, Temperatur von 30 Grad Celsius). Zudem wird aber auch berücksichtigt, dass der Wasserstofftank 16 aufgrund der Beeinflussung durch die Umgebungstemperatur (diabatischer Effekt) einen geringen Temperaturanstieg zeigt, selbst wenn die Menge des Wasserstoffgases abnimmt. Die Abschätzung eines solches Einflusses kann theoretisch oder experimentell erfolgen.
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Wenn in 4 der Wasserstofftank 16 einen Zustand aufweist, in dem er Punkt B erreicht hat, weist er eine Temperatur von –30 Grad Celsius oder darunter auf. Bei dieser Temperatur handelt es sich um eine Temperatur, bei der der Thermistor 20 eine Spannung v von 4,9 V oder mehr und eine Temperatur aufweist, bei der davon auszugehen ist, dass eine Abschaltung eingetreten ist. Tatsächlich ist aber keine Abschaltung eingetreten. Dementsprechend nimmt der Ausfallbeurteilungsabschnitt 34, der in 1 gezeigt ist, keine Abschaltungsbeurteilung vor, wenn die Möglichkeit besteht, dass der Wasserstofftank 16 eine Temperatur von –30 Grad Celsius oder darunter aufweist. Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 5 eine Beschreibung einer Konfiguration.
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5 ist ein Graph, der Bedingungen darstellt, durch die bestimmt wird, ob der Ausfallbeurteilungsabschnitt 34 die Abschaltungsbeurteilung vornehmen kann. Die vertikale Achse stellt die Umgebungstemperatur des Wasserstofftanks 16 dar, die durch den Temperatursensor 26 von 1 detektiert wird. Die horizontale Achse stellt den Innendruck des Wasserstofftanks 16 und die maximale Innendruckveränderung dar. Bei dem Innendruck handelt es sich um einen Wert, der durch den Drucksensor 18 von 1 gemessen wird. Die maximale Innendruckveränderung zeigt einen maximalen Wert an, der sich durch Abführen des Wasserstoffgases innerhalb einer Zeitspanne verändern kann, wenn der Innendruck des Wasserstofftanks 16, der sich mit der Umgebungstemperatur in einem Temperaturgleichgewicht befand, als adiabatisch angesehen werden kann. In dem dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass eine Zeitspanne, während der der Wasserstofftank 16 aus dem vollen Zustand heraus entleert wird, kurz ist, wenn die Brennstoffzelle 22 mit hoher Leistung betrieben wird, so dass die adiabatische Annäherung realisiert wird, und die maximale Innendruckveränderung stimmt mit einem Druckabfall vom Innendruck (70 MPa) bei voller Tankfüllung überein.
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In 5 entspricht eine dicke durchgehende Linie, die die Punkte A, B und C beinhaltet, der durchgehenden Linie in 4, die die Punkte A, B und C beinhaltet. Da die durchgehende Linie in 4 die Veränderungen des Wasserstoffgaszustands bei der Umgebungstemperatur von 30 Grad Celsius darstellt, wird die durchgehende Linie in 5 als eine gerade Linie gezogen, die anzeigt, dass die Umgebungstemperatur 30 Grad Celsius erreicht hat. Die Punkte A, B und C liegen an Punkten, wo der Innendruck 70 MPa, 20 MPa und 0 MPa beträgt. Wenn das Wasserstoffgas aus dem Wasserstofftank 16, der sich am Punkt A in einem Temperaturgleichgewicht befindet, abgeführt wird, nimmt, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, die Temperatur des Wasserstoffgases von 30 Grad Celsius ab und erreicht –30 Grad Celsius, wenn der Innendruck den Punkt B erreicht. Insofern als die Temperatur auf einem Liniensegment AB in 5 anfänglich 30 Grad Celsius beträgt, weist das Wasserstoffgas daher niemals eine Temperatur von –30 Grad Celsius oder mehr auf. Wenn z. B. der Innendruck (beispielsweise 50 MPa) geringer ist als bei vollem Wasserstofftank und das Wasserstoffgas 30 Grad Celsius beträgt, beträgt die Temperatur im Inneren des Wasserstofftanks 16 nicht weniger als –30 Grad Celsius, selbst wenn das Wasserstoffgas abgeführt wird, bis der Innendruck 20 MPa erreicht. In 5 kann das Wasserstoffgas hingegen auf dem Liniensegment BC eine Temperatur von –30 Grad Celsius oder darunter aufweisen. Insbesondere wenn davon ausgegangen wird, dass der Temperaturgleichgewichtszustand am Punkt A einen Initialzustand darstellt, erreicht die Temperatur auf dem Liniensegment BC keinen Wert von –30 Grad Celsius oder darunter, wenn das Wasserstoffgas innerhalb kurzer Zeit abgeführt wird und dieser Vorgang als adiabatisch betrachtet wird.
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Somit kann die Möglichkeit, dass das Wasserstoffgas auf unter –30 Grad Celsius abfällt, als von der Umgebungstemperatur und dem Innendruck abhängig beschrieben werden. Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet kann die Möglichkeit, dass das Wasserstoffgas auf eine Temperatur von weniger als –30 Grad Celsius abfällt als von der Umgebungstemperatur und den maximalen Innendruckveränderungen abhängig beschrieben werden.
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In 5 stellt die dünne durchgehende Linie, die durch den Punkt B verläuft, eine Grenzlinie dar, die das Vorhandensein und Nichtvorhandensein der Möglichkeit voneinander abgrenzt, dass das Wasserstoffgas bei Veränderung der Umgebungstemperatur eine Temperatur von weniger als –30 Grad Celsius erreicht. Diese dünne durchgehende Linie verläuft durch den Punkt, wo der Innendruck 70 MPa beträgt, wenn die Umgebungstemperatur –30 Grad Celsius beträgt. Aus der Tatsache, dass der Innendruck absinkt, und wenn auch nur geringfügig, kann geschlossen werden, dass die Temperatur ebenfalls dementsprechend abnimmt, und die Temperatur des Wasserstoffgases sofort auf einen Wert unter –30 Grad Celsius abfällt. Die dünne durchgehende Linie zeigt außerdem, dass, wenn die Umgebungstemperatur 50 Grad Celsius beträgt, der Innendruck 0 MPa beträgt. Dies liegt daran, dass, wenn das Wasserstoffgas einen Wert von 0 MPa aufweist, die maximale Temperaturveränderung von der Umgebungstemperatur ausgehend lediglich –80 Grad Celsius beträgt (Temperaturrückgangswert, wenn das gesamte Wasserstoffgas vollständig abgeführt wird), und wenn die ursprüngliche Temperatur 50 Grad Celsius beträgt, erreicht sie somit lediglich einen Wert von –30 Grad Celsius.
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In 5 handelt es sich bei dem Bereich (schraffierten Bereich) auf der oberen rechten Seite der dünnen durchgehenden Linie um einen Bereich, wo in Bezug auf den Wasserstofftank 16 prognostiziert wird, dass seine Temperatur nicht weniger als –30 Grad Celsius erreicht. Die Beurteilungstabelle 36 des Ausfallbeurteilungsabschnitts 34 in 1 ist so konfiguriert, dass sie eine Abschaltungsbeurteilung nur ausführt, wenn die Umgebungstemperatur, die vom Temperatursensor 26 eingegeben wird, und der Innendruck, der vom Drucksensor 18 eingegeben wird, in den schraffierten Bereich fallen. Genauer gesagt wird geprüft, ob der Spannungsausgang aus dem Thermistor 20 einen Beurteilungsschwellwert von 4,9 V überschreitet, und dann die Abschaltungsbeurteilung ausgeführt. Wenn beurteilt wird, dass keine Abschaltung eingetreten ist, wird das Ergebnis der Umwandlung der Spannung in eine Temperatur ausgegeben. Wenn diese Werte hingegen in den Bereich der linken unteren Seite der dünnen durchgehenden Linie fallen, wird diese Abschaltungsbeurteilung nicht ausgeführt. In diesem Fall kann willkürlich bestimmt werden, ob die Spannung (zwangsweise) in die Temperatur und den Ausgang umgewandelt wird oder nicht.
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Desgleichen können Bedingungen zum Bestimmen dessen gestellt bzw. eingestellt werden, ob ein Kurzschluss beurteilt werden kann oder nicht. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, wird das Eintreten eines Kurzschlusses prognostiziert, wenn der Thermistor 20 eine Spannung von 0,2 V oder darunter anzeigt. Dies entspricht einem Fall, wo die Temperatur 90 Grad Celsius oder mehr beträgt. Der Einfachheit halber kann daher, wenn der leere Wasserstofftank 16 mit dem Wasserstoffgas beladen wird, die Korrektheit des Ablaufs der Kurzschlussdetektion basierend auf der Möglichkeit beurteilt werden, dass die Temperatur des Wasserstoffgases, die sich im Initialzustand bzw. ursprünglichen Zustand in einem Temperaturausgleichszustand befand, auf über 90 Grad Celsius ansteigt. Insbesondere wenn die Möglichkeit besteht, dass eine Temperatur von 90 Grad Celsius oder mehr vorliegt, wird bestimmt, dass keine Kurzschlussbeurteilung erfolgt, und wenn keine Möglichkeit besteht, dass eine Temperatur von 90 Grad Celsius oder mehr vorliegt, wird bestimmt, dass eine Kurzschlussbeurteilung erfolgt.
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Die Bedingungen, unter denen ein Kurzschluss oder eine Abschaltung eintreten, können durch Verbessern der Genauigkeit der Temperaturprognose bewertet werden. Als ein spezifisches Beispiel dafür gibt es den Aspekt, gemäß dem ein Effekt berücksichtigt wird, dass sich die Wasserstoffgastemperatur während eines Wasserstoffgas-Beladungs- oder Abführvorgangs im Zeitverlauf der Umgebungstemperatur nähert. Als ein weiteres Beispiel dafür gibt es den Aspekt, gemäß dem eine Temperatur im Initialzustand basierend auf dem detektierten Ergebnis des Thermistors 20 bewertet wird, so dass der Fall gehandhabt werden kann, wenn sich die Wasserstoffgastemperatur und die Umgebungstemperatur im Initialzustand voneinander unterscheiden. Da die Temperaturbewertung jedoch im Initialzustand nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden kann, wenn eine Abschaltung oder ein Kurzschluss im Thermistor 20 aufgetreten ist, müsste daher vorausgesetzt werden, dass sich die Spannung des Thermistors 20 im Initialzustand im erfassbaren Temperaturbereich (0,2 V bis 4,9 V) befindet. Als weiteres Beispiel kann ein Aspekt dargelegt werden, gemäß dem ein Zustand (Zustand, in dem der Innendruck des Wasserstoffgases höher als 0 V und niedriger als 70 MPa ist) berücksichtigt wird, dass der Wasserstofftank 16 im Initialzustand weder voll noch leer ist. Wenn die Temperaturprognosegenauigkeit dementsprechend verbessert wird, kann daher der Bereich erweitert werden, innerhalb dem eine Kurzschlussbeurteilung oder eine Abschaltungsbeurteilung erfolgen kann.
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Das Beispiel, gemäß dem Bedingungen festgelegt werden, nach denen bestimmt wird, ob die Ausfallbeurteilung abhängig von der prognostizierten Temperatur im Wasserstofftank 16 erfolgen kann, ist vorstehend beschrieben worden. Es kann aber auch eine andere Vorgehensweise angewandt werden. Genauer gesagt gibt es noch den Aspekt, gemäß dem der Beurteilungsschwellwert, der zum Bestimmen dessen dient, ob ein Ausfall bestimmt werden soll oder nicht, entsprechend der prognostizierten Temperatur innerhalb des Wasserstofftanks 16 bestimmt wird. Dieser Aspekt kann neben der Beurteilung Anwendung finden, ob die vorstehend beschriebene Ausfallbeurteilung erfolgen kann oder nicht, oder kann auch anstelle der Beurteilung, ob die Ausfallbeurteilung erfolgen kann oder nicht, ausgeführt werden.
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Ein spezifisches Beispiel dafür wird unter Bezugnahme auf den Graphen von 3 beschrieben. Wie in dem Graphen von 3 gezeigt ist, weist der Thermistor 20 normalerweise den Bereich von –30 Grad Celsius bis 90 Grad Celsius (Bereich von 4,9 V bis 0,2 V) als einen detektierbaren Temperaturbereich auf. Wenn die Temperatur mit –30 Grad Celsius oder darunter angegeben wird (4,9 V oder mehr), wird beurteilt, dass eine Abschaltung eingetreten ist, und wenn die Temperatur mit 90 Grad Celsius oder mehr (0,2 V oder weniger) angegeben wird, wird beurteilt, dass ein Kurzschluss eingetreten ist. Dann wird dieser Beurteilungsschwellwert entsprechend einer prognostizierten Temperatur oder prognostizierten Bedingungen (Bedingungen, die durch einen Innendruck, eine maximale Innendruckveränderung, eine Umgebungstemperatur oder dergleichen vorgegeben werden), denen die prognostizierte Temperatur entnommen werden kann, geändert. Wenn die Möglichkeit besteht, dass der Wasserstofftank 16 eine Innentemperatur von –40 Grad Celsius aufweist, wird eine Abschaltung beurteilt, wenn eine Spannung (4,92 V) überschritten worden ist, die –40 Grad Celsius entspricht, und wenn die Möglichkeit besteht, dass der Wasserstofftank 16 eine Innentemperatur von 100 Grad Celsius erreicht hat, wird ein Kurzschluss beurteilt, wenn eine Spannung eine Spannung (0,17 V) unterschreitet, die 100 Grad Celsius entspricht.
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Die Abschaltung und der Kurzschluss wurden vorstehend als Beispiel für die Ausfallbeurteilung beschrieben. Wenn jedoch der Ausfall basierend auf der Tatsache als ein solcher betrachtet wird, dass die Spannung des Thermistors 20 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, kann die Erbringung oder Nichterbringung einer Ausfallbeurteilung genauso wie bei einer Abschaltung oder einem Kurzschluss beurteilt werden. In der vorstehenden Beschreibung wird die Temperaturdetektion des Wasserstofftanks 16, der in dem Brennstoffzellenauto 10 angebracht ist, beispielhaft erläutert, doch diese Ausführungsform kann auch auf einen Hochdrucktank angewendet werden, in dem andere Gase oder Flüssigkeiten gespeichert werden. Darüber hinaus kann diese Ausführungsform auch zur Temperaturdetektion eines Hochdrucktanks angewendet werden, der nicht in einem Fahrzeug angebracht ist.
