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Gebiet der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen-Technik.
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Technischer Hintergrund
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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.
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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 Patentveröffentlichung
Nr. 2005-332702 , Nr.
2007-128778 ,
Nr.
2004-179003 ,
Nr.
2003-45467 und
Nr.
2007-66643 ). Demgemäß ist
es notwendig, im IG-EIN-Zustand elektrische Leistung zu einem Sensor,
der zum Messen des Widerstands der Brennstoffzellen verwendet wird,
zu liefern.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Um
dieses Problem des oben erörterten Standes der Technik
zu lösen, müsste ein Verfahren den Verbrauch von
Leistung aus einer elektrischen Speichereinrichtung vor einem Brennstoffzellen-Start in
einem Brennstoffzellensystem senken.
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Ein
Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das aufweist:
eine
Leistungszufuhr-Steuereinrichtung, die dafür ausgelegt
ist, vor einem Brennstoffzellen-Start, während elektrische
Leistung mit einem voreingestellten elektrischen Leistungspegel
von einer Leistungsquelle zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen
geliefert wird, ansprechend auf die Eingabe eines ersten Befehls
eine Menge an elektrischer Leistung, die zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen
geliefert wird, zu verkleinern, bis eine Startanweisung zum Starten
der Brennstoffzellen ausgegeben wird,
wobei die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung
ansprechend auf einen zweiten Befehl und unabhängig von der
Eingabe oder Nicht-Eingabe des ersten Befehls eine Anweisung ausgibt,
Leistung mit dem voreingestellten elektrischen Leistungspegel von
der Leistungsquelle zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen zu liefern.
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß diesem Aspekt der
Erfindung verringert die Leistungszufuhr von der Leistungsquelle
zu Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen ansprechend auf die Eingabe
des ersten Befehls. Diese Anordnung verkleinert wirksam die Menge
an elektrischer Leistung, die von Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungen
vor einem Start der Brennstoffzellen verbraucht wird.
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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.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, in dem die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung
die Eingabe des ersten Befehls bestimmen kann, wenn ein Brennstoffzellensystem
einen vorgegebenen Zustand erreicht.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, bei dem die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung
die Eingabe des zweiten Befehls bestimmen kann, wenn eine Überprüfungsvorrichtung
zum Überprüfen einer Bedingung bzw. eines Zustands
des Brennstoffzellensystems an das Brennstoffzellensystem angeschlossen ist.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, in dem die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung
eine Leistungszufuhr zu einer Brennstoffzellen-Überwachungsvorrichtung, die
zur Überwachung eines Brennstoffzellen-Zustands verwendet
wird, ansprechend auf die Eingabe des ersten Befehls unterbrechen
kann.
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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.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, in dem die Leistungszufuhr-Steuereinrichtung
die Leistungszufuhr zu einer Fluidpumpe, die für die Förderung
bzw. Lieferung eines Fluids zu den Brennstoffzellen verwendet wird,
ansprechend auf die Eingabe des ersten Befehls unterbrechen kann.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, in dem die Leistungsquelle eine Niedrigspannungs-Batterie
sein kann.
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Das
Brennstoffzellensystem, in dem die vorgegebene Bedingung sein kann,
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.
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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.
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Das
Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem ferner
aufweist:
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.
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Die
Technik der vorliegenden Erfindung kann durch verschiedene Anwendungen,
einschließlich eines Brennstoffzellensystems und eines
Fahrzeugs, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, aktualisiert
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems 100 einer ersten
Ausführungsform;
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2 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems zeigt;
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3 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems zeigt;
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4 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten
der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100 zeigen;
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5 ist
eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines anderen
Brennstoffzellensystems 100A einer zweiten Ausführungsform;
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6 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems 100A zeigt;
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7 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems 100A zeigt;
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8 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten
der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100A zeigen;
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9 ist
eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines weiteren
Brennstoffzellensystems 100B einer dritten Ausführungsform;
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10 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems 100B zeigt;
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11 ist
ein Ablaufschema, welches das Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs beim
Starten des Brennstoffzellensystems 100B zeigt; und
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12 zeigt Zeitschemata, die Ein/Aus-Zeiten
der jeweiligen Schalter im Brennstoffzellensystem 100B zeigen.
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Beste Weise zur Ausführung
der Erfindung
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Einige
Ausführungsmodi der Erfindung werden nachstehend in der
folgenden Reihenfolge mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben:
- A. Erste Ausführungsform
- B. Zweite Ausführungsform
- C. Dritte Ausführungsform
- D. Andere Aspekte
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A. Erste Ausführungsform
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A1. Aufbau der Ausführungsform
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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.
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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 ver dichtet 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.
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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.
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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.
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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 14 V-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 14 V, eine Hochspannungs-Sekundärbatterie oder ein
Kondensator.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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A2. Funktionsweise der Ausführungsform
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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 S111 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 wieder holt. 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.
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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.
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A3. Wirkungen der Ausführungsform
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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B. Zweite Ausführungsform
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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.
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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.
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B2. Funktionen dieser Ausführungsform
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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.
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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.
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Wie
in 6 dargestellt, stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul 43A zuerst
fest, ob der IG-Schalter 402 auf EIN oder auf AUS steht
(U102).
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Ansprechend
auf eine EIN-Betätigung des IG-Schalters 402 zu
einem Zeitpunkt t1 (8A), stellt das Leistungsverbrauchssenkungs-Modul43A 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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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).
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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).
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Diese
Reihe von Verarbeitungsschritten stellt den Brennstoffzellen-Hilfseinrichtungsschalter 246A zum
Zeitpunkt t4 auf EIN, wie in 8C dargestellt. Der
Brenn stoffzellen-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.
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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.
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B3. Wirkungen der Ausführungsform
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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 Wechselrichter schaltungen 21 bis 23 umgeschrieben
werden, ohne dass von außen elektrische Leistung zugeführt
werden muss.
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C. Dritte Ausführungsform
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C1. Aufbau der dritten Ausführungsform
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9 ist
eine erläuternde Darstellung, die den Aufbau eines weiteren
Brennstoffzellensystems 100E 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.
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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).
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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 Steuereinrich tung 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.
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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.
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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.
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C2. Funktionen der Ausführungsform
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10 und 11 sind
Ablaufschemata, die ein Verfahren zum Senken des Leistungsverbrauchs bei
einem Start des Brennstoffzellensystems 100E 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.
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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.
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C3. Wirkungen der Ausführungsform
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Im
Brennstoffzellensystem 100B der dritten Ausführungsform
wird, anders als in der zweiten Ausführungsform, die elektrische
Leistung zu allen Brennstoffzellen-Hilfs einrichtungen 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.
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D. Andere Aspekte
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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 Ver fahren 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 Leistungs verbrauchssenkungs-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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-332702 [0003]
- - JP 2007-128778 [0003]
- - JP 2004-179003 [0003]
- - JP 2003-45467 [0003]
- - JP 2007-66643 [0003]