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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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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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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 Ausfallbeurteilungsbe dingung
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 Flu idtemperatur 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 Übereinstimmungsin formationen 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 Anzeigevorrich tung 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 Druck festigkeitsverhaltens
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 Initial zustand 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.
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Zusammenfassung
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Hochdrucktank-Temperaturdetektionssystem
und Hochdruck-Tanksystem
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In
einem Wasserstofftank kann eine Abführung eines Wasserstoffgases
eine Senkung der Temperatur auf einen Wert bewirken, bei dem angenommen
wird, dass in einem Thermistor eine Abschaltung eingetreten ist.
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Ein
Temperaturdetektionssystem für den Wasserstofftank schätzt
gemäß der Umgebungstemperatur und dem Innendruck
die Möglichkeit ab, ob die Temperatur des Wasserstofftanks
unter diesem Temperaturwert liegt.
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Nur
wenn keine Möglichkeit besteht, dass die Temperatur unter
dem Wert liegt, wird beurteilt, dass eine Abschaltung eingetreten
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11-281499
A [0002]
- - JP 2005-156389 A [0002]
- - JP 2000-193533 A [0002]
- - JP 2001-255213 A [0002]