DE112008002742B4

DE112008002742B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112008002742B4
Application number: DE112008002742.0T
Authority: DE
Inventors: Shigeto Kajiwara; Katsuki Ishigaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: US20100209794A1; JP4380766B2; DE112008002742T5; JP2009117327A; CN101828289A; US8309262B2; CN101828289B

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem weist eine Leistungszufuhr-Steuereinrichtung auf. Ansprechend auf die Eingabe eines ersten Befehls vor einem Brennstoffzellenstart, während einer Leistungszufuhr von einer Leistungsquelle zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen, verringert die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung eine Menge an elektrischer Leistung, die zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen geliefert wird, bis eine Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen eingegeben wird. Ansprechend auf die Eingabe eines zweiten Befehls gibt die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung unabhängig von der Eingabe oder Nicht-Eingabe des ersten Befehls die Anweisung aus, die Leistungszufuhr von der Leistungsquelle zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen fortzusetzen, ohne den elektrischen Leistungspegel der Leistungszufuhr zu senken. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung verringert wirksam die Menge an elektrischer Leistung, die von einer elektrischen Speichervorrichtung vor einem Brennstoffzellenstart verbraucht wird.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Technik.
Technischer Hintergrund
Ein Brennstoffzellensystem weist im Allgemeinen Brennstoffzellen und verschiedene Hilfseinrichtungen, die mit dem Betrieb der Brennstoffzellen im Zusammenhang stehen, auf. Die Hilfseinrichtungen beinhalten eine Pumpe, die angetrieben wird, um ein Brenngas, das für den Betrieb der Brennstoffzellen nötig ist, zu liefern bzw. zu fördern, einen Luftkompressor, der angetrieben wird, um ein Oxidierungsgas, das für den Betrieb der Brennstoffzellen nötig ist, zu liefern bzw. zu fördern, eine Kühlwasser-Umwälzpumpe, die angetrieben wird, um die Temperatur der Brennstoffzellen zu steuern, und Sensoren, die verwendet werden, um die Spannung, die Temperatur und jeden anderen geeigneten Parameter der Brennstoffzelle zu erfassen. Die Leistungszufuhr zu diesen Hilfseinrichtungen ist demgemäß während des Betriebs der Brennstoffzellen kritisch.
Eine vorgeschlagene Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung ist dafür ausgelegt, einen Widerstand von Brennstoffzellen in einem IG-EIN (Zündung-EIN)-Zustand zu messen und anschließend die Leistungszufuhr zu einem Elektromotor zu starten (siehe beispielsweise die japanische Patentveröffentlichungen JP 2005-332702 A , JP 2007-128778 A , JP 2004-179003 A , JP 2003-45467 A und JP 2007-66643 A ). Demgemäß ist es notwendig, im IG-EIN-Zustand elektrische Leistung zu einem Sensor, der zum Messen des Widerstands der Brennstoffzellen verwendet wird, zu liefern.
Beim Starten des Brennstoffzellensystems ist es notwendig, elektrische Leistung zu den Hilfseinrichtungen, die mit dem Betrieb der Brennstoffzellen im Zusammenhang stehen, zu liefern. Die elektrische Leistung für die Hilfseinrichtungen wird von einer Leistungsquelle geliefert, bei der es sich nicht um die Brennstoffzellen handelt, beispielsweise von einer elektrischen Speichervorrichtung wie einer Niedrigspannungs-Batterie. Wenn während der Messung des Widerstands der Brennstoffzellen im IG-EIN-Zustand, wie in den oben zitierten Patentschriften offenbart, eine lange Bereitschaftszeit vor einer EIN-Betätigung eines Startschalters (einem tatsächlichen Start der Brennstoffzellen) vergeht, wird eine große Menge von in der Niedrigspannungs-Batterie gespeicherter elektrischer Leistung verbraucht. Dies führt dazu, dass die Leistungszufuhr zu Hilfseinrichtungen beim Starten der Brennstoffzellen möglicherweise nicht ausreicht. Daher bestünde eine Notwendigkeit zur Senkung des Leistungsverbrauchs vor einem Start der Brennstoffzellen.
Ein weiteres gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem, und insbesondere ein Diagnoseverfahren für eine Brennstoffzelle ist Gegenstand der DE 103 53 848 A1 .
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, um den Verbrauch von Leistung aus einer elektrischen Speichereinrichtung vor einem Brennstoffzellen-Start in einem Brennstoffzellensystem senken. Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1.
Das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, weist dabei auf: eine Brennstoffzelle; eine Leistungszufuhr-Steuereinrichtung; eine Leistungsquelle; eine Überprüfungsvorrichtung; und eine Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung.
Die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung, ist dafür ausgelegt, ansprechend auf eine Eingabe eines ersten Befehls vor einem Brennstoffzellen-Start, die erfasst wird, wenn ein Zustand des Brennstoffzellensystems eine vorgegebene Bedingung erfüllt, während elektrische Leistung mit einem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von der Leistungsquelle zu der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung, die zum Messen einer Zellenspannung der Brennstoffzellen verwendet wird, geliefert wird, die Leistungszufuhr zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung zu unterbrechen, bis eine Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen ausgegeben wird, wobei die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung unabhängig von der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung der vorgegebenen Bedingung eine Anweisung ausgibt, Leistung mit dem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von der Leistungsquelle zu der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung zu liefern, wenn bestimmt wird, dass die Überprüfungsvorrichtung, die verwendet wird, um auf der Basis der Zellenspannung der Brennstoffzellen, die von der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung gemessen wird, eine Beschädigung der Brennstoffzellen zu erfassen, an das Brennstoffzellensystem angeschlossen ist.
In dieser Patentschrift schließt der Begriff „Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen“ verschiedene Hilfseinrichtungen begrifflich ein, beispielsweise eine Pumpe, die angetrieben wird, um ein Brenngas, das für den Betrieb der Brennstoffzellen benötigt wird, zu fördern, einen Luftkompressor, der angetrieben wird, um ein Oxidierungsgas, das für den Betrieb der Brennstoffzellen benötigt wird, zu fördern, eine Kühlwasser-Umwälzpumpe, die angetrieben wird, um die Temperatur der Brennstoffzellen zu steuern, und Sensoren, die verwendet werden, um die Spannung, die Temperatur und jeden anderen geeigneten Parameter der Brennstoffzellen zu erfassen. Die Verkleinerung der Menge an elektrischer Leistung, die zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen geliefert wird, kann durch Unterbrechen der Leistungszufuhr zu einem Teil der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen oder durch Unterbrechen der Leistungszufuhr zu allen Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen erreicht werden.
Wenn der zweite Befehl in die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung eingegeben wird, gibt die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung unabhängig von der Eingabe oder Nicht-Eingabe des ersten Befehls eine Anweisung aus, die Leistung mit dem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von der Leistungsquelle zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen zu liefern. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung senkt vorteilhafterweise den Verbrauch von elektrischer Leistung, die von der Leistungsquelle geliefert wird. Wenn eine Notwendigkeit für die Leistungszufuhr zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen besteht, gibt das Brennstoffzellensystem der Erfindung den zweiten Befehl in die Leistungsquellen-Steuereinrichtung ein, um die Leistungszufuhr von der im Brennstoffzellensystem enthaltenen Leistungsquelle sicherzustellen, ohne eine Leistungszufuhr von einer externen Leistungsquelle zu benötigen.
Beispielsweise kann die Eingabe des ersten Befehls unter der Bedingung bestimmt werden, dass ein elektrischer Leistungspegel der Leistungsquelle verringert ist. In diesem Fall kann die vorgegebene Bedingung ein bestimmter Wert sein, der den verringerten elektrischen Leistungspegel der Leistungsquelle darstellt, beispielsweise einen Spannungspegel der Leistungsquelle. Das Brennstoffzellensystem dieser Anwendung verhindert wirksam eine unzureichende Leistungszufuhr von der Leistungsquelle bei einem tatsächlichen Start der Brennstoffzellen.
Während der Überprüfung des Brennstoffzellensystems stellt diese Anwendung die fortgesetzte Zufuhr von Leistung mit dem voreingestellten elektrischen Leistungspegel zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen auch in dem Fall sicher, dass der erste Befehl eingegeben wird. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung ermöglicht die Überprüfung des Brennstoffzellensystems mit der elektrischen Leistung, die von der Leistungsquelle geliefert wird, ohne dass eine Leistungszufuhr von einer externen Leistungsquelle benötigt wird.
In dieser Patentschrift schließt der Begriff „Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung“ verschiedene Vorrichtung zum Überwachen des Brennstoffzellen-Zustands begrifflich ein, beispielsweise einen Zellenmonitor, der dafür ausgelegt ist, eine Spannung, eine Temperatur oder jeden anderen geeigneten Parameter in Bezug auf die einzelnen Einheitszellen, aus denen ein Brennstoffzellenstapel besteht, zu erfassen, den Zustand jeder Einheitszelle festzustellen und Informationen über eine bestimmte Einheitszelle, die den schlechtesten Zustand zeigt, an das Brennstoffzellensystem auszugeben.
Die Unterbrechung der Leistungszufuhr zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung senkt den Verbrauch von elektrischer Leistung, die von der Leistungsquelle geliefert wird. Ansprechend auf eine Forderung nach Aktivierung der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung wird dagegen die elektrische Leistung von der im Brennstoffzellensystem enthaltenen Leistungsquelle zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung geliefert. Das so ausgelegte Brennstoffzellensystem nutzt die Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung, um den Zustand der Brennstoffzellen auch dann zu überwachen, wenn der erste Befehl eingegeben wird.
Die Unterbrechung der Leistungszufuhr zur Fluidpumpe senkt den Verbrauch von elektrischer Leistung, die von der Leistungsquelle geliefert wird. Ansprechend auf die Eingabe des zweiten Befehls wird die elektrische Leistung von der im Brennstoffzellensystem enthaltenen Leistungsquelle zur Fluidpumpe geliefert. Beispielsweise macht es das so ausgelegte Brennstoffzellensystem möglich, ein Software-Programm für eine Wechselrichterschaltung, die zum Ansteuern bzw. Antreiben der Fluidpumpe verwendet wird, umzuschreiben, ohne eine Leistungszufuhr von einer externen Leistungsquelle zu benötigen, selbst wenn der erste Befehl eingegeben wird.
Bei dem Brennstoffzellensystem, kann die Leistungsquelle eine Niedrigspannungs-Batterie sein.
Bei dem Brennstoffzellensystem, kann die vorgegebene Bedingung sein, dass eine voreingestellte Zeit zwischen der Eingabe einer Leistungszufuhranweisung zum Starten der Leistungszufuhr zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen und der Eingabe der Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen vergangen ist.
Diese Anwendung ist besonders in dem Fall bevorzugt, dass der Bereitschaftszustand für einen relativ langen Zeitraum zwischen einem Start einer Leistungszufuhr zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen und einem tatsächlichen Start der Brennstoffzellen anhält. Das Brennstoffzellensystem dieser Anordnung senkt somit vorteilhafterweise den Leistungsverbrauch im Bereitschaftszustand.
Das vorstehend genannten Brennstoffzellensystem kann ferner aufweisen: ein erstes Stellglied und ein zweites Stellglied, wobei die Leistungszufuhranweisung ansprechend auf eine Aktivierung des ersten Stellglieds ausgegeben werden kann, und die Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen ansprechend auf die Aktivierung des zweiten Stellglieds ausgegeben wird, wobei die vorgegebene Bedingung ist, dass eine vorgegebene Zeitspanne zwischen der Aktivierung des ersten Stellglieds und der Aktivierung des zweiten Stellglieds vergangen ist.
Die Technik der vorliegenden Erfindung kann durch verschiedene Anwendungen, einschließlich eines Brennstoffzellensystems und eines Fahrzeugs, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, aktualisiert werden.
Figurenliste

1 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems 100 einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems zeigt;
3 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems zeigt;
4 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100 zeigen;
5 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines anderen Brennstoffzellensystems 100A einer zweiten Ausführungsform;
6 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems 100A zeigt;
7 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems 100A zeigt;
8 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100A zeigen;
9 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines weiteren Brennstoffzellensystems 100B einer dritten Ausführungsform;
10 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems 100B zeigt;
11 ist ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems 100B zeigt; und
12 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100B zeigen.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in der folgenden Reihenfolge mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei diese Ausführungsformen lediglich zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dienen. Der Schutzumfang wird durch die Ansprüche definiert.

A. Erste Ausführungsform
B. Zweite Ausführungsform
C. Dritte Ausführungsform
D. Andere Aspekte

Erste Ausführungsform
A1. Aufbau der Ausführungsform
1 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems 100. In dieser Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem 100 in einem Fahrzeug installiert. Das Brennstoffzellensystem 100 weist hauptsächlich einen Brennstoffzellenstapel 10, eine Pumpenreihe 20, einen Zellenmonitor 24, eine Batterie 30, eine Steuereinrichtung 40 und Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 90 auf. Die Pumpenreihe 20 entspricht in dieser Ausführungsform der Fluidpumpe in den Ansprüchen der Erfindung. Der Zellenmonitor 24 entspricht der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung in den Ansprüchen der Erfindung. Die Kombination der Pumpenreihe 20 mit dem Zellenmonitor 24 entspricht den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen in den Ansprüchen der Erfindung.
Der Brennstoffzellenstapel 10 wird durch Stapeln mehrerer Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen als Einheitszellen erhalten. Der Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoffgas als Brenngas mit Sauerstoff in der Luft als Oxidierungsgas. Im Aufbau dieser Ausführungsform wird Wasserstoff von einem (nicht dargestellten) Wasserstofftank als Speichergefäß für hoch verdichteten Wasserstoff zu Anoden einzelner Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel 10 geliefert, während die Luft, die von einem Luftkompressor 25 verdichtet wird, zu Kathoden der einzelnen Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel 10 geliefert wird. Der Wasserstofftank kann durch eine Wasserstoff absorbierende Legierung oder eine andere gleichwertige Komponente ersetzt werden.
Die Pumpenreihe 20 beinhaltet elektrische Instrumente, die verwendet werden, um den Brennstoffzellenstapel 10 anzutreiben und zu betätigen. Genauer beinhaltet die Pumpenreihe 20 den Luftkompressor 25, der angesteuert wird, um die Luft als das Oxidierungsgas zu verdichten und die verdichtete Luft zum Brennstoffzellenstapel 10 zu liefern, eine Wasserstoffpumpe 26, die betätigt wird, um Wasserstoff als das Brenngas vom (nicht dargestellten) Wasserstofftank zum Brennstoffzellenstapel 10 zu liefern, eine Kühlwasserpumpe 27, die betätigt wird, um Kühlwasser zum Brennstoffzellenstapel 10 zu liefern, um den Brennstoffzellenstapel 10 abzukühlen, und Wechselrichterschaltungen 21, 22, 23, die jeweils aktiviert werden, um diesen Kompressor und diese Pumpen anzusteuern und zu betätigen.
Der Zellenmonitor 24 wird verwendet, um eine Spannung, eine Temperatur oder einen anderen geeigneten Parameter jeder einzelnen der mehreren Einheitszellen, aus denen der Brennstoffzellenstapel 10 besteht, zu messen, und versorgt die Steuereinrichtung 40 mit Informationen, beispielsweise über eine Einheitszelle, deren Zustand der schlechteste ist, und trägt somit zur Steuerung des Brennstoffzellenstapels 10 bei.
Die Batterie 30 wird in erster Linie verwendet, um elektrische Leistung zu der Pumpenreihe 20, dem Zellenmonitor 24, der Steuereinrichtung 40, der Sensor-/Klimatisierungsausrüstung, die noch beschrieben wird, und einer ersten Gruppe 60, die noch erörtert wird, zu liefern. In dieser Ausführungsform wird eine 14V-Batterie als Batterie 30 verwendet. Dies ist jedoch weder kritisch noch beschränkend, sondern bei der Batterie 30 kann es sich um jede Leistungsquelle außer dem Brennstoffzellenstapel 10 handeln, und sie kann eine aufladbare/entladbare Elektrizitätsspeichereinrichtung sein, wie eine Niedrigspannungs-Batterie mit einer anderen Spannung als 14V, eine Hochspannungs-Sekundärbatterie oder ein Kondensator.
Die Steuereinrichtung 40 ist als Onboard-Computer aufgebaut, der einen Mikroprozessor-Chip beinhaltet und der für die Gesamtsteuerung der Funktionen der jeweiligen Bestandteile im Brennstoffzellensystem 100 verantwortlich ist, insbesondere für die die Startsteuerung des Brennstoffzellensystems 100. Die Steuereinrichtung 40 beinhaltet ein Leistungszufuhrsystem-Steuermodul 41, ein BZ-Startanweisungsmodul 42 und ein Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43. Das Leistungszufuhrsystem-Steuermodul 41 steuert die Funktionen des gesamten Brennstoffzellensystems 100. Das BZ-Startanweisungsmodul 42 gibt Startbefehle an die Pumpenreihe 20 aus. Hierbei ist der Ausdruck „BZ“ die Abkürzung für „Brennstoffzelle(n)“ und steht für den Brennstoffzellenstapel 10 dieser Ausführungsform. Das Leistungsverbrauch-Senkungsmodul 43 steuert den Betrieb eines BZ-Wechselrichterschalters 246, der noch erklärt wird, und eines Zellenmonitorschalters 242, der noch erklärt wird, und verkleinert die Menge an elektrischer Leistung, die bis zum Start des Brennstoffzellenstapels 10 verbraucht wird. Die Steuereinrichtung 40 führt Brennstoffzellen-Steuerprogramme aus, die den jeweiligen Modulen entsprechen, um die oben erörterten jeweiligen Aufgaben zu aktualisieren. Das Leistungsverbrauch-Senkungsmodul 43 dieser Ausführungsform entspricht der Leistungszufuhr-Steuereinrichtung in den Ansprüchen der Erfindung.
Ein Abtastwerkzeug bzw. Scanner 50 kann an die Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 90 angeschlossen werden. Das Abtastwerkzeug 50 ist eine Diagnosevorrichtung, die dafür ausgelegt ist, über die Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 90 zu kommunizieren, wenn Wartungspersonal eines Automobilhändlers bzw. einer Werkstatt, das die Aufgabe hat, eine Überprüfung und einen Service durchzuführen, eine Überprüfung auf irgendeine Störung im Brennstoffzellenstapel 10 durchführt. Der Anschluss des Abtastwerkzeugs 50 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 ermöglicht die Übertragung von Signalen zwischen der Steuereinrichtung 40, dem Zellenmonitor 24 und dem Abtastwerkzeug 50. Das Abtastwerkzeug 50 dieser Ausführungsform entspricht der Überprüfungsvorrichtung in den Ansprüchen der Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, werden die Empfänger der Leistungszufuhr durch die Batterie 30 grob in vier Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe 60 beinhaltet verschiedenes im Fahrzeug eingebautes Autozubehör, wie einen Anzünder, ein Audiosystem und ein Navigationssystem. Ein Zubehörschalter 602 verbindet die Batterie 30 mit der ersten Gruppe 60. Eine Bedienungseinheit zum Ein- und Aus-Stellen des Zubehörschalters 602 ist in einem Insassenraum des Fahrzeugs vorgesehen. Ein Fahrer des Fahrzeugs oder eine andere Person betätigt die Bedienungseinheit, um den Zubehörschalter 602 auf EIN oder auf AUS zu stellen. Wenn der Zubehörschalter 602 auf EIN steht, wird die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zur ersten Gruppe 60 gestartet, um die verschiedenen Zubehöreinrichtungen, wie den Anzünder, zu aktivieren.
Eine zweite Gruppe 80 beinhaltet die Steuereinrichtung 40 und die Sensor-/Klimatisierungsausrüstung 70. Die Sensorausrüstung wird verwendet, um die Zustände der jeweiligen Bestandteile im Brennstoffzellensystem 100 zu erfassen, und beinhaltet beispielsweise Strömungsmesser zum Messen der Strömungsraten des Abgases und des Oxidierungsgases, das zum Brennstoffzellenstapel 10 geliefert wird, und einen Wassertemperaturmesser zum Messen der Temperatur des Kühlwassers. Die Klimatisierungsausrüstung beinhaltet einen Ventilator, eine Heizung und eine Kühlwasser-Umwälzpumpe, die für eine Klimatisierung des Insassenraums verwendet werden.
Ein IG-Schalter 402 ist zwischen der zweiten Gruppe 80 und der Batterie 30 vorgesehen. Hierbei ist der Ausdruck „IG“ eine Abkürzung für „Zündung“, was ursprünglich die Zündung eines Verbrennungsmotors bedeutet. Der Ausdruck „Zündschalter“ mag nicht ganz passend sein für das Brennstoffzellensystem 100, aber er wird in der Technik schon seit vielen Jahren als Wort verwendet, das einen Fahrzeug-Startschalter bedeutet. Vor diesen Hintergrund steht der Ausdruck „IG-Schalter“ für ein Stellglied, das in dieser Patentschrift als Startschalter des Fahrzeugs verwendet wird.
Eine Bedienungseinheit zum Ein- und Aus-Stellen des IG-Schalters 402 ist im Insassenraum des Fahrzeugs vorgesehen. Der Fahrer des Fahrzeugs oder eine andere Person betätigt die Bedienungseinheit, um den IG-Schalter 402 in eine EIN-Stellung oder in eine AUS-Stellung zu bringen. Wenn der IG-Schalter 402 auf EIN steht, wird die elektrische Leistung von der Batterie 30 zur zweiten Gruppe 80 geliefert, um die Steuereinrichtung 40 zu starten und die Brennstoffzellen-Steuerprogramme zu aktivieren. Das heißt, der IG-Schalter 402 wird verwendet, um ein Fahrzeug-Steuersystem direkt zu starten, und wird vom Fahrer beim Starten des Fahrzeugs als erstes bedient. Wenn der IG-Schalter 402 auf EIN steht, wird die elektrische Leistung von der Batterie 30 auch zur Sensor-/Klimatisierungsausrüstung 70 geliefert. Der IG-Schalter 402 dieser Ausführungsform entspricht dem ersten Stellglied in den Ansprüchen der Erfindung.
Getrennt vom IG-Schalter 402 ist ein Startschalter 404 zwischen der Steuereinrichtung 40 und der Batterie 30 vorgesehen. Eine Bedienungseinheit zum Ein- und Aus-Stellen des Startschalters 404 ist im Insassenraum des Fahrzeugs vorgesehen. Der Fahrer des Fahrzeugs oder eine andere Person betätigt die Bedienungseinheit, um den Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS zu stellen. Ein Ein/Aus-Signal des Startschalters 40 wird zur Steuereinrichtung 40 gesendet. Ansprechend auf die Erfassung der EIN-Stellung des Startschalters 404 durch die Steuereinrichtung 40 wird durch das BZ-Startanweisungsmodul 42 ein BZ-Startbefehlssignal 202 an die Pumpenreihe 20 ausgegeben. Eine EIN-Betätigung des Startschalters 404, der eine EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vorausgeht, startet die Pumpenreihe 20 nach Erfüllung von notwendigen Bedingungen. Der Startschalter 404 dieser Ausführungsform entspricht dem zweiten Stellglied in den Ansprüchen der Erfindung.
Die dritte Gruppe beinhaltet die bereits erörterte Pumpenreihe 20. Der BZ-Wechselrichterschalter 246 ist zwischen der Pumpenreihe 20 und der Batterie 30 vorgesehen. Anders als der oben erläuterte Zubehörschalter 602, IG-Schalter 402 und Startschalter 404, wird der BZ-Wechselrichterschalter 246 durch das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 in der Steuereinrichtung 40 gesteuert, ohne dass eine manuelle Betätigung durch den Fahrer nötig ist. Wenn der BZ-Wechselrichterschalter 246 auf EIN steht, wird die elektrische Leistung von der Batterie 30 zu den Wechselrichterschaltungen 21, 22 und 23 geliefert. Wenn der BZ-Wechselrichterschalters 246 auf AUS steht, wird dagegen die Leistungszufuhr unterbrochen.
Die vierte Gruppe beinhaltet den Zellenmonitor 24. Der Zellenmonitorschalter 242 ist zwischen dem Zellenmonitor 24 und der Batterie 30 vorgesehen. Wie der oben erläuterte BZ-Wechselrichterschalter 246 wird der Zellenmonitorschalter 242 durch das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 in der Steuereinrichtung 40 gesteuert, ohne dass eine manuelle Betätigung durch den Fahrer nötig ist. Wenn der Zellenmonitorschalter 242 auf EIN steht, wird die elektrische Leistung der Batterie 30 zum Zellenmonitor 24 geliefert. Wenn der Zellenmonitorschalters 242 auf AUS steht, ist dagegen die Leistungszufuhr unterbrochen.
A2. Funktionsweise der Ausführungsform
2 und 3 sind Ablaufschemata, die ein Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim Starten des Brennstoffzellensystems zeigen. 4 zeigt Zeitablaufschemata, die Ein/Aus-Zeiten für die jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100 im Verlauf der Zeit ab einem gemeinsamen Nullpunkt als Abszisse und die Ein/Aus-Betätigungen der jeweiligen Schalter als Ordinate zeigen.
Zu einem Startzeitpunkt des Brennstoffzellensystems 100 dieser Ausführungsform betätigt der Fahrer zuerst die Bedienungseinheit für den IG-Schalter 402, um den IG-Schalter 402 auf EIN zu stellen, und betätigt anschließend die Bedienungseinheit für den Startschalter 404, um den Startschalter 404 auf EIN zu stellen, um damit das Brennstoffzellensystem 100 zu starten.
Dagegen schließt während einer Überprüfung des Brennstoffzellenstapels 10 ein Prüfer das Abtastwerkzeug 50 an die Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 90 an, betätigt die Bedienungseinheit für den IG-Schalter 402, um den IG-Schalter auf EIN zu stellen, und schaltet das Abtastwerkzeug EIN (Power-ON). Dem Prüfer werden dann vom Zellenmonitor 24 die Mess- und Erfassungsergebnisse, beispielsweise eine Zellenspannung im Brennstoffzellenstapel 10, mitgeteilt, die am Abtastwerkzeug 50 angezeigt werden. Ansprechend auf den Anschluss des Abtastwerkzeugs 50 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 und eine anschließende EIN-Betätigung des Abtastwerkzeugs 50 wird ein EIN-Signal 506 des Abtastwerkzeugs 50 in die Steuereinrichtung 40 eingegeben. Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 stellt dann fest, dass das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist, d.h. dass das Abtastwerkzeugs 50 (die Prüfvorrichtung) angeschlossen ist.
Nachstehend wird als ein Beispiel für den Betrieb der Brennstoffzelle 100 unter Bezug auf 1 bis 4 ein Verfahren beschrieben, mit dem den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 überprüft, wenn das Abtastwerkzeug 50 an den Einabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 angeschlossen ist. Der Prüfer beobachtet ein Sinken der Zellenspannung nach einer Unterbrechung der Leistungserzeugung im Brennstoffzellenstapel 10, um eine Verschlechterung bzw. Beschädigung des Brennstoffzellenstapels 10 zu erfassen. Gemäß einem konkreten Verfahren startet der Prüfer den Brennstoffzellenstapel 10, um eine Leistungserzeugung durchzuführen, bis ein ausreichender Spannungspegel erreicht ist, und unterbricht dann den Betrieb der Brennstoffzellen (durch Stellen des IG-Schalters 402 auf AUS).
Der Prüfer überwacht anschließend ein Sinken der Zellenspannung mit dem Abtastwerkzeug 50, während der IG-Schalter 402 auf EIN steht und der Startschalter 404 auf AUS steht, d.h. während die Leistungserzeugung im Brennstoffzellenstapel 10 unterbrochen ist. Eine unterbrochene Leistungserzeugung im Brennstoffzellenstapel 10 führt normalerweise zu einem allmählichen Sinken der Zellenspannung. Ein abruptes Sinken der Zellenspannung innerhalb kurzer Zeit deutet auf die Möglichkeit einer Beschädigung der Brennstoffzellen hin. Die folgende Beschreibung geht von der Annahme aus, dass der Prüfer den IG-Schalter 402 nach einer Unterbrechung des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 10 auf EIN stellt und anschließend das Abtastwerkzeug 50 nach einer Weile EIN-schaltet.
Wie in 2 dargestellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 zuerst fest, ob der IG-Schalter 402 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt S102). Wenn der in 1 dargestellte IG-Schalter 402 auf EIN gestellt wird, um die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zur Steuereinrichtung 40 zu starten und die Steuereinrichtung 40 zu aktivieren, wird festgestellt, dass der IG-Schalter 402 auf EIN steht.
Ansprechend auf die EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 zum Zeitpunkt t1 (4A), stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 fest, dass der IG-Schalter 402 auf EIN steht (Schritt S102: Ja). Dann setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 ein Ein/Aus-Steuersignal 244 (1) auf ein EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den BZ-Wechselrichterschalter 246 aus, während es ein Ein/Aus-Steuersignal 204 (1) auf ein EIN-Signal setzt und das EIN-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 ausgibt (Schritt S104). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt sowohl den BZ-Wechselrichterschalter 246 als auch den Zellenmonitorschalter 242 zum Zeitpunkt t1 auf EIN, wie in 4C und 4E dargestellt.
Wie in 1 dargestellt, startet die EIN-Betätigung des BZ-Wechselrichterschalters 246 die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zur Pumpenreihe 20, während die EIN-Betätigung des Zellenmonitorschalters 242 die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zum Zellenmonitor 24 startet. Durch die Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 wird der Zellenmonitor 24 angesteuert, um die Erfassung der Zellenspannung im Brennstoffzellenstapel 10 zu starten, wie in 4F dargestellt. Obwohl das Zeitablaufschema von 4F eine Schwankung der Zellenspannung zeigt, können nicht nur die Zellenspannung, sondern auch verschiedene andere Daten, die auf den Brennstoffzellenstapel 10 bezogen sind, wie ein ausgegebener elektrischer Strom und eine Innentemperatur, vom Zellenmonitor 24 erfasst werden.
Wie in 2 dargestellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt S106). Wenn der Startschalter 404 immer noch die AUS-Stellung einnimmt, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, ob eine Zeit „t“, die seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen ist, mindestens 5 Sekunden beträgt (Schritt S108). Wenn die vergangene Zeit „t“ kürzer ist als 5 Sekunden, kehrt der Verarbeitungsablauf zum Schritt S106 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis die vergangene Zeit „t“ 5 Sekunden erreicht oder bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird. Das Kriterium der vergangenen Zeit „t“ wird in Schritt S108 dieser Ausführungsform auf 5 Sekunden eingestellt, kann aber auch auf jeden anderen geeigneten Wert eingestellt werden. Bei der Vorgehensweise dieser Ausführungsform wird das Zeitkriterium auf 5 Sekunden eingestellt, da es sehr wahrscheinlich ist, das die AUS-Stellung des Startschalters 404 noch eine Weile fortbesteht, wenn der Startschalter 404 nach der EIN-Betätigung des IG-Schalters nicht innerhalb von 5 Sekunden auf EIN gestellt wurde.
Wenn seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 (zu einem Zeitpunkt t2 in 4) 5 Sekunden vergangen sind, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, dass die vergangene Zeit „t“ mindestens 5 Sekunden beträgt (Schritt S108: Ja), und bestimmt anschließend, ob das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt S110). Zu diesem Zeitpunkt wurde das Abtastwerkzeug 50 noch nicht EIN-geschaltet, so dass das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 bestimmt, dass das Abtastwerkzeug 50 im AUS-Zustand ist (Schritt S110: Nein). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 204 (1) auf ein AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 aus (Schritt S111), während es die Ein/Aus-Steuersignale 244 (1) auf ein AUS-Signal setzt und das AUS-Signal an den BZ-Wechselrichterschalter 246 ausgibt (Schritt S112).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten schaltet sowohl den Zellenmonitorschalter 242 als auch den BZ-Wechselrichterschalter 246 zum Zeitpunkt t2 auf AUS, wie in 4C und 4E dargestellt. Die AUS-Betätigungen des Zellenmonitorschalters 242 und des BZ-Wechselrichterschalters 246 unterbrechen die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zum Zellenmonitor 24 und zu der Pumpenreihe 20. Die Unterbrechung der Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 bewirkt, dass der Zellenmonitor 24 nach dem Zeitpunkt t2 keine Zellenspannung des Brennstoffzellenstapels 10 erfasst, wie in 4F dargestellt.
Wie in 3 dargestellt, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 anschließend, ob das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt S118). Wenn das Abtastwerkzeug 50 im AUS-Zustand ist, setzt das Leistungsversorgungs-Senkungsmodul 43 das Ein/Aus-Steuersignal 204 (1) auf das AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 aus (Schritt S122) und bestimmt anschließend, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt S124). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zum Schritt S118 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet wird oder bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird.
Wenn das Abtastwerkzeug 50 zum Zeitpunkt t3 EIN-geschaltet wird (4D), bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, dass das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist (Schritt S118: JA). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 setzt dann das EIN/AUS-Steuersignal 204 (1) auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 aus (Schritt S120). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Zellenmonitor 242 auf EIN, um die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zum Zellenmonitor 24 zum Zeitpunkt t3 zu starten, wie in 4E dargestellt, und reaktiviert den Zellenmonitor 24, um die Erfassung der Zellenspannung (4F) wiederaufzunehmen.
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 stellt anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt S124). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt S118 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird. Bis der Startschalter 404 nach dem EIN-Schalten des Abtastwerkzeugs 50 auf EIN gestellt wird, bleibt der Wechselrichterschalter 246 AUS, während der Zellenmonitorschalter 242 auf EIN steht (siehe 4C und 4E). Durch diese Vorgehensweise wird vorteilhafterweise der Verbrauch elektrischer Leistung durch die Pumpenreihe 20 gesenkt, während die Leistungszufuhr nur zum Zellenmonitor 24 zugelassen wird, um die Zellenspannung und die anderen Parameter im Brennstoffzellenstapel 10 zu erfassen.
Wenn der Prüfer den Startschalter 404 zum Zeitpunkt t4 auf EIN stellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 fest, dass der Startschalter 404 auf EIN steht (Schritt S124: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244 (1) auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den BZ-Wechselrichterschalter 246 aus, während es das Ein/Aus-Steuersignal 204 (1) auf das EIN-Signal setzt und das EIN-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 ausgibt (Schritt S126).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt sowohl den BZ-Wechselrichterschalter 246 als auch den Zellenmonitorschalter 242 zum Zeitpunkt t4 auf EIN, wie in 4C und 4E dargestellt. Der Zellenmonitor 242 war zum Zeitpunkt t3 bereits auf EIN gestellt und bleibt somit zu diesem Zeitpunkt EIN. Die EIN-Betätigungen des BZ-Wechselrichterschalters 246 und des Zellenmonitorschalters 242 starten die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu der Pumpenreihe 20 und zum Zellenmonitor 24. Gleichzeitig gibt das BZ-Startanweisungsmodul 42 einen Startbefehl 202 an die Pumpenreihe 20 aus, um die Pumpenreihe 20 zu aktivieren.
Wenn der Startschalter 404 innerhalb von 5 Sekunden nach der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 auf EIN gestellt wird (Schritt S106: Ja), beendet das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul seine Aufgabe im Brennstoffzellensystem 100. Das heißt, der Brennstoffzellenstapel 10 startet, wobei sowohl der BZ-Wechselrichterschalter 246 als auch der Zellenmonitorschalter 242 EIN bleiben.
Selbst wenn seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind, ohne dass der Startschalter 404 auf EIN gestellt wurde, setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, solange das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt S110 in 2: Ja), das Ein/Aus-Steuersignal 204 auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 aus (Schritt S128). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 setzt anschließend das Ein/Aus-Steuersignal 244 auf das AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den BZ-Wechselrichterschalter 246 aus (Schritt S112). Das heißt, auch wenn seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind, in denen der IG-Schalter 402 AUS gehalten wurde, wird der Zellenmonitorschalter 242 nicht auf AUS gestellt, solange das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist. Diese Reihe von Verarbeitungsschritten ermöglicht die fortgesetzte Erfassung der Zellenspannung oder eines anderen relevanten Parameters im Brennstoffzellenstapel 10.
Unter der Bedingung, dass seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind (Schritt S108: Ja), wird, wenn das Abtastwerkzeug 50 nach den aufeinander folgenden AUS-Betätigungen des Zellenmonitorschalters 242 und des BZ-Wechselrichterschalters 246 (Schritte Slll und S112) EIN-geschaltet wird (Schritt S118: Ja), der Zellenmonitorschalter 242 auf EIN gestellt (Schritt S120). Solange der Startschalter 404 AUS bleibt, werden die Verarbeitungsschritte S118 bis S124 wiederholt. Während dieses Zeitraums setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, wenn das Abtastwerkzeug 50 AUS-geschaltet wird (Power-OFF) (Schritt S118: Nein), das Ein/Aus-Steuersignal 204 auf das AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Zellenmonitorschalter 242 aus, um den Zellenmonitorschalter 242 auf AUS zu stellen (Schritt S122). Wenn kein Erfordernis für die Erfassung von Daten über den Brennstoffzellenstapel 10 durch den Zellenmonitor 24 besteht, wird das Abtastwerkzeug 50 AUS-geschaltet, um die Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 zu unterbrechen. Diese Reihe von Verarbeitungsschritten senkt den Verbrauch von Leistung aus der Batterie 30 auf wirksame Weise.
Wie oben beschrieben, erfasst in dieser Ausführungsform das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43, wenn 5 Sekunden zwischen der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 und der anschließenden EIN-Betätigung des Startschalters 404 vergangen sind, die Eingabe des ersten Befehls in den Ansprüchen der Erfindung. Wenn das Abtastwerkzeug 50 angeschlossen ist und EIN-geschaltet wird, erfasst das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 die Eingabe des zweiten Befehls in den Ansprüchen der Erfindung.
A3. Wirkungen der Ausführungsform
In einem Brennstoffzellensystem sind eine Pumpenreihe und ein Zellenmonitor Teil von Hilfseinrichtungen, die am Start eines Brennstoffzellenstapels beteiligt sind. In dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem startet eine EIN-Betätigung eines IG-Schalters die Leistungszufuhr von einer Batterie zur Pumpenreihe und zum Zellenmonitor, die für einen Start des Brennstoffzellenstapels in Bereitschaft gehalten werden sollen. Die Pumpenreihe und der Zellenmonitor sind mittels eines einzigen gemeinsamen Schalters miteinander mit der Batterie verbunden. Die EIN/AUS-Betätigungen des gemeinsamen Schalters steuern die Leistungszufuhr von der Batterie zu der Pumpenreihe und zum Zellenmonitor.
Wenn ein Startschalter sofort nach der EIN-Betätigung des IG-Schalters (innerhalb von 5 Sekunden) auf EIN gestellt wird, wird die Pumpenreihe aktiviert, um den Brennstoffzellenstapel zu starten. Wenn der Startschalter jedoch nicht sofort auf EIN gestellt wird, verbraucht die fortgesetzte Leistungszufuhr zur Pumpenreihe und zum Zellenmonitor die in der Batterie gespeicherte elektrische Leistung. Dies ist problematisch, weil die Zufuhr von elektrischer Leistung zur Pumpenreihe und zum Zellenmonitor bei einem Start des Brennstoffzellenstapels ungenügend sein kann.
Im Brennstoffzellensystem 100 dieser Ausführungsform wird die Leistungszufuhr zur Pumpenreihe 20 und zum Zellenmonitor 24 unterbrochen, wenn zwischen der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 und der anschließenden EIN-Betätigung des Startschalters 404 5 Sekunden vergangen sind. Ansprechend auf die EIN-Betätigung des Startschalters 404 wird die Leistungszufuhr zur Pumpenreihe 20 und zum Zellenmonitor 24 neu gestartet. Diese Anordnung senkt wirkungsvoll den Verbrauch von Leistung von der Batterie 30 durch die Pumpenreihe 20 und den Zellenmonitor 24 vor einem Start des Brennstoffzellenstapels 10.
Im Brennstoffzellenstapel 100 sind die Pumpenreihe 20 und der Zellenmonitor 24 mittels verschiedener Schalter getrennt voneinander mit der Batterie 30 verbunden. Das heißt, die Leistungszufuhr zur Pumpenreihe 20 wird unabhängig von der Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 gesteuert. Auch wenn die Leistungszufuhr zur Pumpenreihe 20 und zum Zellenmonitor 24 im Hinblick auf einen sparsamen Leistungsverbrauch unterbrochen ist, wird ansprechend auf den Anschluss und das EIN-Schalten des Abtastwerkzeugs 50 die Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 zwangsweise gestartet.
Die Vorgehensweise ermöglicht die bedarfsgerechte erzwungene Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24, während der Verbrauch von Leistung von der Batterie 30 vor einem Start des Brennstoffzellenstapels 10 gesenkt wird. Daten in Bezug auf den Brennstoffzellenstapel 10, beispielsweise die Zellenspannung, können somit erfasst werden, ohne den Brennstoffzellenstapel 10 zu starten.
Zweite Ausführungsform
B1. Aufbau der Ausführungsform
5 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines anderen Brennstoffzellensystems 100A in einer zweiten Ausführungsform zeigt. Nur diejenigen Bestandteile des Brennstoffzellensystems 100A, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden, werden nachstehend beschrieben. Bestandteile, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, sind mit gleichen Bezugszahlen und gleichen Symbolen wie diejenigen der ersten Ausführungsform bezeichnet und werden hier nicht eigens erläutert. Wie in 5 dargestellt, werden die Empfänger der Leistungszufuhr durch die Batterie 30 grob in drei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe 60 und die zweite Gruppe 80 sind denen der ersten Ausführungsform gleich, und die dritte Gruppe stellt Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A dar. Zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A gehören ein Luftkompressor 25, eine Wasserstoffpumpe 26, eine Kühlwasserpumpe 27, Wechselrichterschaltungen 21, 22 bzw. 23, die jeweils aktiviert werden, um diesen Kompressor und diese Pumpen anzusteuern, und ein Zellenmonitor 24. Im Aufbau der ersten Ausführungsform wird die elektrische Leistung von der Batterie 30 separat zur Pumpenreihe 20 und zum Zellenmonitor 24 geliefert. Im Aufbau dieser Ausführungsform wird dagegen die elektrische Leistung von der Batterie 30 zu allen Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A gemeinsam geliefert.
Ein Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A ist somit zwischen den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A als der dritten Gruppe und der Batterie 30 vorgesehen. Ebenso wie der BZ-Wechselrichterschalter 246 der ersten Ausführungsform wird der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A durch die Funktion eines Leistungsverbrauchssenkungs-Moduls 43A in der Steuereinrichtung 40 gesteuert, ohne dass eine manuelle Operation des Fahrers nötig wäre. Wenn der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A auf EIN steht, wird die elektrische Leistung von der Batterie 30 zu den Wechselrichterschaltungen 21, 22 und 23 und zum Zellenmonitor 24 geliefert. Wenn der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A auf AUS steht, wird dagegen die Leistungszufuhr unterbrochen.
B2. Funktionen dieser Ausführungsform
6 und 7 sind Ablaufschemata, die eine Vorgehensweise zeigen, mit welcher der Leistungsverbrauch beim Starten des Brennstoffzellensystems 100A gesenkt wird. 8 enthält Zeitablaufschemata, die Ein/Aus-Zeitsteuerungen der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100A zeigen. Wie oben erläutert, gehören anders als in der ersten Ausführungsform im Aufbau der zweiten Ausführungsform die Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 und der Zellenmonitor 24 zur gleichen Gruppe von Leistungsempfängern, und der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A ist zwischen dieser Gruppe (Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A) und der Batterie 30 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 40 der zweiten Ausführungsform führt somit ein Leistungsverbrauchssenkungs-Programm aus, das sich von dem Programm, das im Brennstoffzellensystem 100 der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, unterscheidet.
Wie in der ersten Ausführungsform wird nachstehend als Beispiel für eine Operation der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 5 bis 8 beschrieben, wie ein Prüfer vorgeht, um den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 zu überprüfen, während das Abtastwerkzeug 50 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 angeschlossen ist.
Wie in 6 dargestellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A zuerst fest, ob der IG-Schalter 402 auf EIN oder auf AUS steht (U102).
Ansprechend auf eine EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 zu einem Zeitpunkt t1 (8A), stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A fest, dass der IG-Schalter 402 auf EIN steht (Schritt U102: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A setzt dann ein Ein/Aus-Steuersignal 244A (5) auf ein EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U104). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246B zum Zeitpunkt t1 auf EIN, wie in 8C dargestellt.
Wie in 5 dargestellt, startet die EIN-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Die Leistungszufuhr zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A versorgt den Zellenmonitor 24 mit elektrischer Leistung und steuert demgemäß den Zellenmonitor 24 an, um die Erfassung der Zellenspannung im Brennstoffzellenstapel 10 zu starten, wie in 8E dargestellt.
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A stellt anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U106). Wenn der Startschalter 404 immer noch auf AUS steht, bestimmt das Leistungsverbrauchs-Senkungsmodul 43A, ob eine Zeit „t“, die seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen ist, gleich oder länger ist als 5 Sekunden (Schritt U108). Wenn die vergangene Zeit „t“ kürzer ist als 5 Sekunden, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U106 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis die vergangene Zeit „t“ 5 Sekunden erreicht oder bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird.
Wenn 5 Sekunden seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen sind (zu einem Zeitpunkt t2 in Fig.), bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A, dass die vergangene Zeit „t“ gleich oder länger ist als 5 Sekunden (Schritt U108: Ja), und bestimmt anschließend, ob das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt U110). Zu diesem Zeitpunkt wurde das Abtastwerkzeug 50 noch nicht EIN-geschaltet, so dass das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A bestimmt, dass das Abtastwerkzeug im AUS-Zustand ist (Schritt U110: Nein). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244A (5) auf ein AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U112).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum Zeitpunkt t2 auf AUS, wie in 8C dargestellt. Die AUS-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A unterbricht die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Die Unterbrechung der Leistungszufuhr bewirkt, dass der Zellenmonitor 24 nach dem Zeitpunkt t2 keine Zellenspannung erfasst, wie in 8 dargestellt.
Wie in 7 dargestellt, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A anschließend, ob das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt U114). Wenn das Abtastwerkzeug 50 im AUS-Zustand ist, setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A das Ein/Aus-Steuersignal 244A (5) auf das AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U116) und bestimmt anschließend, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U118). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U114 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet wird oder bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird.
Wenn das Abtastwerkzeug 50 zu einem Zeitpunkt t3 EIN-geschaltet wird (8D), bestimmt das Leistungsversorgungssenkungs-Modul 43A, dass das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist (Schritt U114: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244A (5) auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U120). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A auf EIN, um die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A zum Zeitpunkt t3 zu starten, wie in 8C dargestellt. Der Start der Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 bewirkt, dass der Zellenmonitor 24 die Zellenspannung nach dem Zeitpunkt t3 erfasst (8E).
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A stellt anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U118). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U114 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird. Wenn der Prüfer den Startschalter 404 auf EIN stellt, stellt das Leitungsverbrauchs-Senkungsmodul 43A fest, dass der Startschalter 404 auf EIN steht (Schritt U118: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244A auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U122).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum Zeitpunkt t4 auf EIN, wie in 8C dargestellt. Der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A steht zum Zeitpunkt t3 bereits auf EIN und bleibt zu diesem Zeitpunkt daher EIN. Die EIN-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A startet die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Gleichzeitig gibt das BZ-Startanweisungsmodul 42 einen Startbefehl 202 an die Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 aus, um den Luftkompressor 25, die Wasserstoffpumpe 26 und die Kühlwasserpumpe 27 zu aktivieren und dadurch den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 10 zu starten.
Auch wenn seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind, ohne dass der Startschalter 404 auf EIN gestellt wurde, setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A das Ein/Aus-Steuersignal 244A auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus, solange das Abtastwerkzeug 50 EIN-geschaltet ist (Schritt U120). Das heißt, auch wenn seit der EIN-Operation des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind, in denen der Startschalter 404 AUS geblieben ist, wird das Ein/Aus-Steuersignal 244A nicht auf das AUS-Signal gesetzt, solange das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist. Diese Reihe von Verarbeitungsschritten ermöglicht dem Zellenmonitor 24 die kontinuierliche Erfassung der Zellenspannung oder eines anderen relevanten Parameters im Brennstoffzellenstapel 10 und stellt die kontinuierliche Leistungszufuhr zu den Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 während des EIN-Zustands des Abtastwerkzeugs 50 sicher.
B3. Wirkungen der Ausführungsform
Anders als in der ersten Ausführungsform steuert das Brennstoffzellensystem 100A der zweiten Ausführungsform die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A insgesamt. Wenn das Abtastwerkzeug 50 an die Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 angeschlossen ist und EIN-geschaltet wird, wird die elektrische Leistung zu allen Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A geliefert. Auch wenn 5 Sekunden vergangen sind, in denen der IG-Schalter 402 auf EIN gestanden ist und der Startschalter 404 auf AUS gestanden ist, startet das Anschließen des Abtastwerkzeugs 50 die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Wechselrichterschaltungen 21 bis 23. Dadurch können Software-Programme für die Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 umgeschrieben werden, ohne dass von außen elektrische Leistung zugeführt werden muss.
Dritte Ausführungsform
C1. Aufbau der dritten Ausführungsform
9 ist eine erläuternde Darstellung, die den Aufbau eines weiteren Brennstoffzellensystems 100B einer dritten Ausführungsform darstellt. Nur diejenigen Bestandteile des Brennstoffzellensystems 100B, die sich von denen der zweiten Ausführungsform unterscheiden, werden nachstehend beschrieben. Bestandteile, die denjenigen der zweiten Ausführungsform gleich sind, werden von gleichen Bezugszahlen und -symbolen wie in der zweiten Ausführungsform bezeichnet und werden hier nicht eigens erläutert. Wie in 9 dargestellt, weist das Brennstoffzellensystem 100B der dritten Ausführungsform zusätzlich zu den Bestandteilen des Brennstoffzellensystems 100A der zweiten Ausführungsform Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 92 auf.
Ein Prüfstecker 52 kann an den Eingabe-/Ausgabeanschlüssen 92 angeschlossen werden. Der Prüfstecker 52 ist eine Prüfvorrichtung zur Fehlerdiagnose, wie das Abtastwerkzeug 50, das als Prüfvorrichtung in den oben erörterten ersten und zweiten Ausführungsformen erörtert wurde, ist aber einfacher aufgebaut als das Abtastwerkzeug 50. Der Anschluss des Prüfsteckers 52 an den Eingabe-/Ausgabeanschlüssen 92 erdet einen der Widerstände (nicht dargestellt), der in der Steuereinrichtung 40 enthalten ist. In dieser Ausführungsform erfasst ein Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B ansprechend auf die Erdung des Widerstands in der Steuereinrichtung 40 den Anschluss des Prüfsteckers 52 (der Prüfvorrichtung).
Das Abtastwerkzeug 50 dieser Ausführungsform weist einen Zwangsantriebsmodus auf. Der Zwangsantriebsmodus treibt den Brennstoffzellenstapel 10 zwangsweise an, um die Leistungszufuhr zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A zu erzwingen. Wenn der Prüfer den Zwangsantriebsmodus im Abtastwerkzeug 50 auswählt, wird eine EIN-Forderung für die Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A, nachstehend auch einfach als „EIN-Forderung“ bezeichnet, vom Abtastwerkzeug 50 an die Steuereinrichtung 40 ausgegeben. Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B stellt dann die EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 fest. Ansprechend auf die EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 erfasst das Leistungsverbrauchs-Senkungsmodul 43B den Anschluss der Prüfvorrichtung. Das Abtastwerkzeug 50 und der Prüfstecker 52 dieser Ausführungsform entsprechen der Prüfvorrichtung in den Ansprüchen der Erfindung.
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B dieser Ausführungsform erfasst den Anschluss der Prüfvorrichtung sowohl im Falle des Anschlusses des Abtastwerkzeugs 50 als auch im Falle des Anschlusses des Prüfsteckers 52, wie später erläutert, und startet die Leistungszufuhr zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Das Abtastwerkzeug 50 und der Prüfstecker 52 verwenden unterschiedliche Kriterien zum Erfassen des Anschlusses der Prüfvorrichtung, wie oben beschrieben.
Das Abtastwerkzeug 50 (auch als Service-Werkzeug bezeichnet) ist eine Fehlerdiagnosevorrichtung, die allgemein von einem Service-Mitarbeiter verwendet wird, der für die Prüfung und Wartung in einer Werkstatt zuständig ist, um nach irgendwelchen Problemen oder Fehlern im Brennstoffzellenstapel 10 zu suchen und verschiedene Informationen über den Brennstoffzellenstapel 10 zu sammeln. Der Prüfstecker 52 (auch als Diagnoseprüfeinrichtung bezeichnet) wird im Allgemeinen von jedem allgemeinen Nutzer verwendet, um einfache Informationen über den Brennstoffzellenstapel 10 zu erhalten. In dieser Ausführungsform werden Informationen über die Zellenspannung vom Zellenmonitor 24 über die Steuereinrichtung 40 entweder zum Abtastwerkzeug 50 oder zum Prüfstecker 52 geschickt.
C2. Funktionen der Ausführungsform
10 und 11 sind Ablaufschemata, die ein Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs bei einem Start des Brennstoffzellensystems 100B zeigen. 12 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100B zeigen. Anders als in der zweiten Ausführungsform erfasst das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B der dritten Ausführungsform den Anschluss der Prüfvorrichtung sowohl im Falle des Anschlusses des Abtastwerkzeugs 50 als auch im Falle des Anschlusses des Prüfsteckers 52 und startet die Leistungszufuhr zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Die Steuereinrichtung 40 der dritten Ausführungsform führt somit ein anderes Leistungsverbrauchssenkungs-Programm aus als das Programm, das im Brennstoffzellensystem 100A der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
Nachstehend wird ein Verfahren, mit dem der Prüfer den Zustand des Brennstoffzellenstapels 10 überprüft, während der Prüfstecker 52 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 92 angeschlossen ist, als ein Beispiel für die Funktionsweise der dritten Ausführungsform mit Bezug auf 10 bis 12 beschrieben. Schritte in 10 und 11, die denen der zweiten Ausführungsform gleich sind, sind mit den gleichen Schrittnummern bezeichnet.
Wie in 10 dargestellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B wie im Verfahren der zweiten Ausführungsform zuerst fest, ob der IG-Schalter 402 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U102). Ansprechend auf eine EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 zu einem Zeitpunkt t1 (12A) stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B fest, dass der IG-Schalter 402 auf EIN steht (Schritt U102: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B setzt dann ein Ein/Aus-Steuersignal 244A (9) auf ein EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U104). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum Zeitpunkt t1 auf EIN, wie in 12C dargestellt.
Wie in 9 dargestellt, startet die EIN-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A und liefert dadurch elektrische Leistung zum Zellenmonitor 24. Dann wird der Zellenmonitor 24 angesteuert, um mit der Erfassung der Brennstoffzellenspannung im Brennstoffzellenstapel 10 zu beginnen, wie in 12F dargestellt.
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B stellt anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U106). Wenn der Startschalter 404 immer noch auf AUS steht, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, ob eine Zeit „t“, die seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen ist, 5 Sekunden oder länger ist (Schritt U108). Wenn die vergangene Zeit „t“ kürzer ist als 5 Sekunden, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U106 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis die vergangene Zeit „t“ 5 Sekunden erreicht oder bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird.
Wenn 5 Sekunden seit der Ein-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen sind (zu einem Zeitpunkt t2 in 12), bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, dass die vergangene Zeit „t“ mindestens 5 Sekunden beträgt (Schritt U108: Ja), und bestimmt anschließend, ob der Prüfstecker 52 EIN ist (Schritt U109). Zu diesem Zeitpunkt wurde der Prüfstecker 52 noch nicht angeschlossen, so dass das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B bestimmt, dass der Prüfstecker 52 im AUS-Zustand ist (Schritt U109: Nein). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B bestimmt anschließend, ob die oben erläuterte EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 eingegeben wird (Schritt U111). In diesem Beispiel ist das Abtastwerkzeug 50 nicht angeschlossen, so dass das Leistungserzeugungssenkungs-Modul 43B bestimmt, dass keine EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 eingegeben wird (Schritt U111: Nein). Dann setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B das Ein/Aus-Steuersignal 244A (9) auf ein AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U112).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum Zeitpunkt t2 auf AUS, wie in 12C dargestellt. Die AUS-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A unterbricht die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Die Unterbrechung der Leistungszufuhr bewirkt, dass der Brennstoffzellenmonitor 24 nach dem Zeitpunkt t2 keine Zellenspannung erfasst, wie in 12F dargestellt.
Wie in 11 dargestellt, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B anschließend, ob der Prüfstecker 52 EIN-geschaltet ist (Schritt U113). Wenn der Prüfstecker 52 im AUS-Zustand ist, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B anschließend, ob die EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 eingegeben wird (Schritt U115). Wenn keine EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 vorliegt, setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B das Ein/Aus-Steuersignal 244A (9) auf das AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U116) und bestimmt anschließend, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U118). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U113 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis der Prüfstecker 52 oder der Startschalter 404 auf EIN geschaltet bzw. gestellt wird oder bis die EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 in die Steuereinrichtung 40 eingegeben wird.
Wenn der Prüfstecker 52 zu einem Zeitpunkt t3 angeschlossen wird (12D), bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, dass der Prüfstecker 52 EIN ist (Schritt U113: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244A (9) auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U120). Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum Zeitpunkt t3 auf EIN, um die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A zu starten, wie in 12C dargestellt. Der Start der Leistungszufuhr zum Zellenmonitor 24 bewirkt, dass der Zellenmonitor 24 die Zellenspannung nach dem Zeitpunkt t3 erfasst (12F).
Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B stellt anschließend fest, ob der Startschalter 404 auf EIN oder auf AUS steht (Schritt U118). Wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, kehrt der Verarbeitungsablauf zu Schritt U113 zurück und wiederholt diese Reihe von Verarbeitungsschritten, bis der Startschalter 404 auf EIN gestellt wird. Wenn der Prüfer den Startschalter 404 auf EIN stellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B fest, dass der Startschalter 404 auf EIN steht (Schritt U118: Ja). Das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B setzt dann das Ein/Aus-Steuersignal 244A auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U122).
Diese Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zu einem Zeitpunkt t4 auf EIN, wie in 12C dargestellt. Der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A steht zum Zeitpunkt t3 bereits auf EIN und bleibt zu diesem Zeitpunkt daher EIN. Die EIN-Betätigung des Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalters 246A startet die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A. Gleichzeitig gibt das BZ-Startanweisungsmodul 42 einen Startbefehl 202 an die Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 aus, um den Luftkompressor 25, die Wasserstoffpumpe 26 und die Kühlwasserpumpe 27 zu aktivieren und dadurch den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 10 zu starten.
Auch wenn 5 Sekunden seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen sind (Schritt U102: Ja in 10), ohne dass der Startschalter 404 auf EIN gestellt wurde (Schritt U108: Ja), setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, solange der Prüfstecker 52 EIN-geschaltet (angeschlossen) ist, das Ein/Aus-Steuersignal 244A auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U120). Wenn eine EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 vorliegt (Schritt U111: Ja), während der Prüfstecker 52 nicht angeschlossen ist (Schritt 109: Nein), setzt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B das Ein/Aus-Steuersignal 244A ebenfalls auf das EIN-Signal und gibt das EIN-Signal an den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A aus (Schritt U120). Das heißt, auch wenn seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 5 Sekunden vergangen sind, in denen der Startschalter 404 AUS gehalten wurde, wird der Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A nicht auf AUS geschaltet, solange der Prüfstecker 52 EIN-geschaltet ist oder die EIN-Forderung vom Abtastwerkzeug 50 vorliegt. Diese Reihe von Verarbeitungsschritten ermöglicht die kontinuierliche Erfassung der Zellenspannung oder eines anderen relevanten Parameters im Brennstoffzellenstapel durch den Zellenmonitor 24 und stellt die kontinuierliche Leistungszufuhr zu den Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 sicher.
C3. Wirkungen der Ausführungsform
Im Brennstoffzellensystem 100B der dritten Ausführungsform wird, anders als in der zweiten Ausführungsform, die elektrische Leistung zu allen Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A geliefert, wenn der Prüfstecker 52 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 92 angeschlossen ist oder wenn das Abtastwerkzeug 50 an den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 90 angeschlossen ist und die EIN-Forderung ausgibt. Auch wenn der Startschalter 404 auf AUS steht, während der IG-Schalter 402 EIN bleibt, stellt der Anschluss des Prüfsteckers 50 oder die EIN-Forderung, die vom Abtastwerkzeug 50 ausgegeben wird, die Leistungszufuhr zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen 20A sicher. Dies ermöglicht eine Erfassung der Informationen über die Zellenspannung und ermöglicht das Umschreiben von Software-Programmen für die Wechselrichterschaltungen 21 bis 23 ohne Zufuhr elektrischer Leistung von außen.
Andere Aspekte
Die oben erörterten Ausführungsformen und ihre Anwendungen sollen in allen Aspekten als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufgefasst werden. Es können viele Modifikationen, Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang oder Gedanken der Hauptkennzeichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Nachstehend werden einige Beispiele dafür angegeben.

(1) Unter der Bedingung, dass 5 Sekunden seit der EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 vergangen sind, ohne dass der Startschalter 404 auf EIN gestellt wurde, wird durch das Verfahren einer der obigen Ausführungsformen die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen verringert. Diese Bedingung ist jedoch weder kritisch noch beschränkend, sondern es können auch andere Bedingungen für den gleichen Zweck aufgestellt werden. In einem modifizierten Verfahren können der Ladungszustand der Batterie ansprechend auf eine Senkung des Ladungszustands auf einen voreingestellten Pegel 30 erfasst und die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen verringert werden, während der Startschalter auf AUS steht und der IG-Schalter 402 EIN bleibt.
(2) In einem weiteren modifizierten Verfahren kann ein Nutzer erfasst und die Leistungszufuhr von der Batterie 30 zu den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen aufgrund des Erfassungsergebnisses verringert werden. Beispielsweise kann in diesem Verfahren die An- oder Abwesenheit eines Fahrers auf dem Fahrersitz erfasst werden, es kann angenommen werden, dass der Startschalter 404 eine Zeit lang nicht auf EIN geschaltet wird, solange kein Fahrer anwesend ist, und die Leistungszufuhr kann verringert werden.
(3) Jedes der oben als erste bis dritte Ausführungsformen beschriebenen Brennstoffzellensysteme 100, 100A und 100B ist in dem Fahrzeug eingebaut. Dies ist jedoch weder kritisch noch beschränkend. Die Technik der Erfindung ist genauso gut auf ein stationäres Brennstoffzellensystem anwendbar, um den Leistungsverbrauch unter vorgegebenen Bedingungen zu verringern.
(4) Die Brennstoffzellensysteme 100, 100A und 100B der obigen Ausführungsformen verwenden die Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Jedes dieser Brennstoffzellensysteme kann davon verschiedene andere Arten von Brennstoffzellen verwenden, beispielsweise Phosphorsäure-Brennstoffzellen, Schmelzcarbonat-Brennstoffzellen und Festoxid-Brennstoffzellen.
(5) In den oben erörterten Ausführungsformen werden das Abtastwerkzeug 50 und der Prüfstecker 52 als Prüfvorrichtung verwendet. Statt dessen kann jede andere geeignete Prüfvorrichtung verwendet werden. In den ersten und zweiten Ausführungsformen bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 oder 43A, wenn das Abtastwerkzeug 50 angeschlossen ist und EIN-geschaltet wird, dass das Abtastwerkzeug im EIN-Zustand ist (in den Ansprüchen der Erfindung „Anschluss der Prüfvorrichtung“). In der dritten Ausführungsform bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, dass der Prüfstecker 52 EIN ist (in den Ansprüchen der Erfindung „Anschluss der Prüfvorrichtung“), wenn der Prüfstecker 52 angeschlossen ist (wenn ein bestimmter Widerstand in der Steuereinrichtung 40 geerdet ist). Wenn vom Abtastwerkzeug 50 die EIN-Forderung eingegeben wird, bestimmt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43B, dass das Abtastwerkzeug 50 im EIN-Zustand ist (in den Ansprüchen der Erfindung „Anschluss der Prüfvorrichtung“). Das Kriterium (der Zeitpunkt) für die Bestimmung des Anschlusses der Prüfvorrichtung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Beispielsweise kann in der ersten Ausführungsform das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43 ansprechend auf eine Forderung nach Informationen über die Zellenspannung vom Abtastwerkzeug 50 den „Anschluss der Prüfvorrichtung“ bestimmen und den Zellenmonitorschalter 242 auf EIN stellen.

Claims

Brennstoffzellensystem (100), aufweisend: eine Brennstoffzelle (10); eine Leistungszufuhr-Steuereinrichtung (40); eine Leistungsquelle (30); eine Überprüfungsvorrichtung (50); und eine Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung (24), wobei die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung (40) derart ausgestaltet ist, um ansprechend auf eine Eingabe eines ersten Befehls vor einem Brennstoffzellen-Start, die erfasst wird, wenn ein Zustand des Brennstoffzellensystems (100) eine vorgegebene Bedingung erfüllt, während einer Leistungszufuhr auf einem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von der Leistungsquelle (30) zu der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung (24), die zum Messen einer Zellenspannung der Brennstoffzellen verwendet wird, die Leistungszufuhr zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung zu unterbrechen, bis eine Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen (10) ausgegeben wird, und wobei die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung unabhängig von der Erfüllung oder Nicht-Erfüllung der vorgegebenen Bedingung eine Anweisung ausgibt, die Leistungszufuhr auf dem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von der Leistungsquelle zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung durchzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Überprüfungsvorrichtung (50), die verwendet wird, um auf der Basis der Zellenspannung der Brennstoffzellen, die von der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung gemessen wird, eine Beschädigung der Brennstoffzellen zu erfassen, an das Brennstoffzellensystem angeschlossen ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Leistungsquelle eine Niedrigspannungs-Batterie ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die vorgegebene Bedingung ist, dass eine voreingestellte Zeit zwischen der Eingabe einer Leistungszufuhranweisung, um die Leistungszufuhr zu der Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung zu starten, und der Eingabe der Startanweisung, um die Brennstoffzellen zu starten, vergangen ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: ein erstes Stellglied, das dafür ausgelegt ist, eine Leistungszufuhranweisung auszugeben, um die Leistungszufuhr zur Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung zu starten, ein zweites Stellglied, das dafür ausgelegt ist, die Startanweisung zum Starten der Brennstoffzellen auszugeben, wobei die vorgegebene Bedingung ist, dass eine vorgegebene Zeitspanne zwischen der Aktivierung des ersten Stellglieds und der Aktivierung des zweiten Stellglieds vergangen ist.