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GEBIET DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein
Startsteuerverfahren für das Brennstoffzellensystem.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Brennstoffzellen,
die Elektrizität über eine elektrochemische Reaktion
eines Brenngases (z. B. Wasserstoff) und eines Oxidierungsgases
(z. B. Sauerstoff) erzeugen, sind zu interessanten Energiequellen
geworden. In einem Brennstoffzellensystem, das mit einer solchen
Brennstoffzelle ausgestattet ist, ist es während des Startens
des Brennstoffzellensystems üblich, nicht nur Reaktionsgase
(das heißt Brenngas und Oxidierungsgas) für die
Leistungserzeugung zur Brennstoffzelle zu liefern, sondern auch die
Leerlaufspannung der Brennstoffzelle zu messen, um zu bestimmen,
ob die Brennstoffzelle einen Zustand erreicht hat, der eine Verbindung
mit einem Verbraucher bzw. einen Lastanschluss zulässt,
das heißt, ob die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle auf
eine vorgegebene Spannung gestiegen ist (siehe z. B.
JP-A 2005 302539 ).
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Obwohl
in dem Brennstoffzellensystem, das in der oben genannten
JP-A 2005 302539 offenbart ist,
eine Messung der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle vorgenommen
wird und bestimmt wird, ob die Brennstoffzelle mit einem Verbraucher
verbunden werden kann, wird kein Versuch unternommen, aufgrund der
gemessenen Leerlaufspannung der Brennstoffzelle zu bestimmen oder
zu schließen, ob die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
gestört ist. Aus diesem Grund kann die Brenn stoffzelle nicht
in einem Fehlersicherungsmodus gesteuert werden, obwohl ihre Leistungserzeugungsfunktion gestört
ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts
des oben erörterten Problems ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das dafür
ausgelegt ist, während des Startens des Brennstoffzellensystems
zuverlässig zu bestimmen, ob die Leistungserzeugungsfunktion
einer Brennstoffzelle gestört ist.
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Die
oben genannten Ziele der Erfindung können zumindest teilweise
gemäß den folgenden Aspekten und Modi der Erfindung
erreicht werden.
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[Erster Modus]
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Ein
Brennstoffzellensystem, das aufweist:
eine Brennstoffzelle;
einen
Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt, der die Brennstoffzelle
mit Reaktions gasen für die Leistungserzeugung versorgt;
einen
Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt,
der während des Startens des Brennstoffzellensystems feststellt,
ob die Zufuhr der Reaktionsgase zur Brennstoffzelle durch den Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
erfolgreich abgeschlossen wurde; und
einen Erzeugungsfunktionsstörungs-Diagnoseabschnitt,
der im Anschluss an eine vom Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
getroffene Feststellung, dass die Zufuhr der Reaktionsgase erfolgreich
abgeschlossen wurde, auf Basis einer Leerlaufspannung der Brennstoffzelle
bestimmt, ob die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
gestört ist.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des ersten Modus wird nach einer erfolgreichen
Zufuhr der Reaktionsgase zur Brennstoffzelle die Leerlaufspannung
der Brenn stoffzelle gemessen, und aufgrund der gemessenen Leerlaufspannung
wird bestimmt, ob die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
gestört ist. Demgemäß kann während eines
Startens des Brennstoffzellensystems korrekt diagnostiziert werden,
dass die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle gestört
ist. Die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle wird nach einer erfolgreichen
Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle gemessen. Demgemäß kann
zwischen einem Fall, wo die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle aufgrund
einer Funktionsstörung im Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
(im Reaktionsgas-Zuführungssystem) nicht auf eine vorgegebene
Spannung gestiegen ist, und einem Fall, wo die Leerlaufspannung
der Brennstoffzelle aufgrund einer Funktionsstörung in
der Brennstoffzelle selbst nicht auf die vorgegebene Spannung gestiegen
ist, unterschieden werden, und somit kann korrekt diagnostiziert
werden, dass die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
gestört ist. Sobald diagnostiziert wurde, dass die Leistungserzeugungsfunktion
der Brennstoffzelle gestört ist, kann die Steuerung dann in
einem Fehlersicherungsmodus ausgeführt werden.
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[Zweiter Modus]
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Das
Brennstoffzellesystem gemäß dem ersten Modus,
wobei
der Erzeugungsfunktionsstörungs-Diagnoseabschnitt
feststellt, dass die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
gestört ist, falls die Leerlaufspannung innerhalb eines
ersten vorgegebenen Zeitraums im Anschluss an die Feststellung eines
erfolgreichen Abschlusses der Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
durch den Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
eine vorgegebene Spannung nicht erreicht.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des zweiten Modus wird die Diagnose, dass
die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle gestört ist,
in dem Fall gestellt, dass die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle
innerhalb eines ersten vorgegebenen Zeitraums im Anschluss an die
Feststellung eines erfolgreichen Abschlusses der Reaktionsgaszufuhr
zur Brennstoffzelle eine vorgegebene Spannung nicht erreicht. Somit
können Fälle einer falsch diagnostizierten Leistungserzeugungs-Funktionsstörung vermieden
werden. Dieser erste Zeitraum kann innerhalb eines Bereichs, in
dem die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle vorhersehbar eine vorgegebene Spannung
erreicht, wenn die Leistungserzeugungsfunktion der Brennstoffzelle
nicht gestört ist, beliebig eingerichtet werden.
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[Dritter Modus]
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten oder zweiten
Modus, das ferner aufweist:
einen Drucksensor, der dafür
ausgelegt ist, einen Druck der Reaktionsgase, die zur Brennstoffzelle
geliefert werden, zu erfassen,
wobei der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
die Feststellung, dass die Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
erfolgreich abgeschlossen wurde, auf Basis des Drucks der Reaktionsgase,
der vom Drucksensor erfasst wird, trifft.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des dritten Modus kann durch Erfassen des
Drucks der Reaktionsgase, die zur Brennstoffzelle geliefert werden,
bestimmt werden, ob eine Funktionsstörung im Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
(dem Reaktionsgas-Zuführungssystem) vorliegt.
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[Vierter Modus]
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß dem dritten Modus,
wobei
der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
ferner feststellt, dass der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
nicht richtig funktioniert, falls der Druck der Reaktionsgase innerhalb
eines zweiten vorgegebenen Zeitraums im Anschluss an den Beginn
der Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle durch den Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
einen vorgegebenen Druck nicht erreicht.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des vierten Modus wird die Diagnose, dass
der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt (das Reaktionsgas-Zuführungssystem)
nicht richtig funktioniert, in dem Fall gestellt, dass der Druck
eines Reaktionsgases innerhalb eines zweiten vorgegebenen Zeitraums
im Anschluss an den Beginn der Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
einen vorgegebenen Druck nicht erreicht. Somit können Fäl le
einer falsch diagnostizierten Funktionsstörung des Reaktionsgas-Zuführungsabschnitts
vermieden werden. Dieser zweite Zeitraum kann innerhalb eines Bereichs,
in dem der Druck der Reaktionsgase vorhersehbar einen vorgegebenen
Druck erreicht, wenn der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
korrekt funktioniert, beliebig eingerichtet werden.
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[Fünfter Modus]
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten oder zweiten
Modus, das ferner aufweist:
einen Strömungsratensensor,
der dafür ausgelegt ist, eine Strömungsrate der
Reaktionsgase, die zur Brennstoffzelle geliefert werden, zu messen,
wobei
der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
die Feststellung, ob die Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
erfolgreich abgeschlossen wurde, auf Basis der vom Strömungsratensensor
erfassten Reaktionsgas-Strömungsrate trifft.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des fünften Modus kann durch Erfassen
der Strömungsrate von Reaktionsgasen, die zur Brennstoffzelle
geliefert werden, festgestellt werden, ob eine Funktionsstörung
des Reaktionsgas-Zuführungsabschnitts vorliegt.
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[Sechster Modus]
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß dem fünften
Modus, wobei
der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
ferner feststellt, dass der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
nicht richtig funktioniert, falls die Strömungsrate der
Reaktionsgase innerhalb eines zweiten vorgegebenen Zeitraums im
Anschluss an den Beginn der Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
durch den Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt eine vorgegebene
Strömungsrate nicht erreicht.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des sechsten Modus wird die Diagnose, dass
der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt (das Reaktionsgas-Zuführungssystem)
nicht richtig funktioniert, in dem Fall getroffen, dass die Strömungsrate
eines Reaktionsgases innerhalb eines zweiten vorgegebenen Zeitraums
im Anschluss an den Beginn der Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle
eine vorgegebene Strömungsrate nicht erreicht. Somit können
Fälle einer falsch diagnostizierten Funktionsstörung
des Reaktionsgas-Zuführungsabschnitts vermieden werden.
Dieser zweite Abschnitt kann innerhalb eines Bereichs, in dem die
Strömungsrate der Reaktionsgase vorhersehbar vorgegebene
Strömungsraten erreicht, wenn der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt korrekt
funktioniert, beliebig eingestellt werden.
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[Siebter Modus]
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Das
Brennstoffzellensystem gemäß dem vierten oder
sechsten Modus, wobei
der Erzeugungsfunktionsstörungs-Diagnoseabschnitt
die Durchführung einer Bestimmung, ob die Leistungserzeugungsfunktion
der Brennstoffzelle gestört ist, nicht zulässt,
falls der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt
feststellt, dass der Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt nicht
richtig funktioniert.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem des siebten Modus wird im Falle einer Diagnose
einer Funktionsstörung des Reaktionsgas-Zuführungsabschnitts
(des Reaktionsgas-Zuführungssystems) die Diagnose einer
Leistungserzeugungs-Funktionsstörung der Brennstoffzelle
nicht zugelassen, und die Messung einer Leerlaufspannung der Brennstoffzelle findet
nicht statt. Somit kann eine Steuerung im Fehlersicherungsmodus
unverzüglich durchgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann unter Verwendung einer beliebigen Anzahl
von geeigneten Kombinationen der oben beschriebenen Techniken umgesetzt
werden. Außer als das oben beschriebene Brennstoffzellensystem
könnte die vorliegende Erfindung auch als Erfindung eines
Verfahrens zum Steuern der Inbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems
verwirklicht werden. Weitere mögliche Modi könnten
ein Computerprogramm zum Implementieren der folgenden Komponenten
beinhalten: eines Aufzeichnungsmediums mit einem darin aufgezeichneten
Programm; oder eines Datensignals, das solch ein Programm enthält
und das von einer Trägerwelle übergetragen wird.
Diese Modi können jeweils die verschiedenen zuvor gezeigten
Ergänzungskomponenten verwenden.
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Wenn
die vorliegende Erfindung als Computerprogramm oder Aufzeichnungsmedium,
auf dem das Programm aufgezeichnet ist, gestaltet wird, kann es
das gesamte Programm für die Startsteuerung des Brennstoffzellensystems
oder nur diejenigen Module, welche die Funktionen der vorliegenden
Erfindung ausführen, darstellen. Zu möglichen
Aufzeichnungsmedien gehören verschiedene Computer-lesbare
Medien, wie flexible Disks, CD-ROM, DVD-ROM, magnetooptische Disks,
IC-Karten, ROM-Kassetten, Lochkarten, bedruckte Materialien, die
mit Symbolen, wie Strich-Codes, bedruckt sind, interne Computer-Speichereinrichtungen
(Speicher wie RAM oder ROM) und externe Speichereinrichtungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Überblick über den Aufbau eines mit einem
Brennstoffzellenstapel 100 versehenen Brennstoffzellensystems 1000 in
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Darstellung von Funktionsblöcken in einer Steuereinheit 90 für
die Ausführung des Startsteuerverfahrens der ersten Ausführungsform.
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3 ist
ein Ablaufschema, das den Ablauf des Startsteuerverfahrens der ersten
Ausführungsform darstellt.
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4 ist
eine Darstellung von Funktionsblöcken in einer Steuereinheit 90A für
die Ausführung des Startsteuerverfahrens der zweiten Ausführungsform;
und
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5 ist
ein Ablaufschema, das den Ablauf des Startsteuerverfahrens der zweiten
Ausführungsform darstellt.
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BESTE WEISE FÜR DIE
AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die
Modi der Erfindung werden nachstehend auf Basis von bestimmten Ausführungsformen
in der folgenden Reihenfolge beschrieben.
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A. Erste Ausführungsform:
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A1. Aufbau des Brennstoffzellensystems:
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1 zeigt
einen Überblick über den Aufbau eines mit einem
Brennstoffzellenstapel 100 ausgestatteten Brennstoffzellensystems 1000 in
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der
Brennstoffzellenstapel 100 weist eine Stapelstruktur auf,
die aus einer Vielzahl von gestapelten Brennstoffzellenmodulen 40 besteht,
die dafür ausgelegt sind, über eine elektrochemische
Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Elektrizität zu
erzeugen. Jedes Brennstoffzellenmodul 40 ist generell mit einer
Membran/Elektroden-Anordnung versehen, die aus einer Anode und einer
Kathode, die jeweils an einer Seite einer protonenleitenden Membran
angefügt sind, besteht und die zwischen Separatoren angeordnet
ist. Die Anode und die Kathode sind jeweils mit einer Katalysatorschicht
versehen, die an der entsprechenden Oberfläche der Elektrolytmembran
angefügt ist, und mit einer Gasdiffusionsschicht, die an der
Oberfläche dieser Katalysatorschicht angefügt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Festpolymermembran
aus NAFIONTM oder dergleichen als Elektrolytmembran
verwendet. Andere Elektrolytmembranen, wie Festoxide, könnten
ebenfalls als die Elektrolytmembran verwendet werden. In jedem Separator
sind Kanäle für den Sauerstoff, der als Brenngas
zur Anode geliefert werden soll, Kanäle für die
Luft, die als Oxidierungsgas zur Kathode geliefert werden soll,
und Kanäle für ein Kühlmittel ausgebildet.
Die Anzahl der gestapelten Brennstoffzellenmodule 40 kann
frei gewählt werden, je nach der benötigten Ausgangsleistung
des Brennstoffzellenstapels 100.
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Der
Brennstoffzellenstapel 100 besteht, ausgehend von einem
ersten Ende, aus einer Endplatte 10a, einer Isolierplatte 20a,
einer Kollektorplatte 30a, einer Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen 40,
einer Kollektorplatte 30b, einer Isolierplatte 20b und
einer Endplatte 10b, in dieser Reihenfolge. Diese sind
innerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 mit Zuführungsöffnungen
und Ausführungsöffnungen für die Wasserstoff-,
Luft- und Kühlmittelströme versehen. Innerhalb
des Brennstoffzellenstapels 100 sind auch Zufuhrverteilerkanäle
für die Verteilung der Wasserstoff-, Luft- und Kühlmittelzufuhren
zu den jeweiligen Brennstoffzellenmodulen (das heißt ein
Wasserstoffzufuhr-Verteilerkanal, ein Luftzufuhr-Verteilerkanal und
ein Kühlmittelzufuhr-Verteilerkanal) und Ausfuhrsammelkanäle
zum Sammeln und Ausführen der Anodenabgase und Kathodenabgase,
die jeweils von der Anode und der Kathode der Brennstoffzellenmodule 40 ausgeführt
wurden, und des Kühlmittels aus dem Brennstoffzellenstapel 100 (das
heißt ein Anodenabgasausfuhr-Sammelkanal, ein Kathodenabgasausfuhr-Sammelkanal
und ein Kühlmittelausfuhr-Sammelkanal) ausgebildet.
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Die
Endplatten 10a, 10b bestehen aus Metall, wie Stahl,
um ihre Steifigkeit zu gewährleisten. Die Isolierplatten 20a, 20b bestehen
aus isolierenden Komponenten, wie Gummi oder Harz. Die Kollektorplatten 30a, 30b bestehen
aus gasdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Komponenten,
wie dichten Kohlenstoff- oder Kupferplatten. Die Kollektorplatten 30a, 30b sind
jeweils mit Ausgangspolen (nicht dargestellt) versehen, und sind
für die Ausgabe von Ausgangsleistung, die vom Brennstoffzellenstapel 100 erzeugt
wird, ausgelegt. Ein Voltmeter 80 zum Messen einer Leerlaufspannung
des Brennstoffzellenstapels 100 ist mit den Kollektorplatten 30a, 30b verbunden.
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Obwohl
in der Zeichnung nicht dargestellt, wird der Brennstoffzellenstapel 100 durch
Befestigungskomponenten zusammengehalten, die eine vorgegeben Befestigungskraft
in der Stapelungsrichtung der Stapelstruktur anlegen, um einen Abfall
von Zellenleistung, der unter anderem auf einen erhöhten Kontaktwiderstand
an irgendeiner Stelle in der Stapelstruktur zurückgeht,
zu begrenzen und um ein Austreten von Gasen zu begrenzen.
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Die
Anoden des Brennstoffzellenstapels 100 werden mit Wasserstoff-Brenngas
versorgt, das über eine Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 von
einem Wasserstofftank 50, in dem hoch verdichteter Wasserstoff
gespeichert wird, zugeführt wird. Anstelle des Wasserstofftanks 50 kann
auch wasserstoffreiches Gas anhand einer Reformierungsreaktion von
Ausgangsmaterialien wie Alkoholen, Kohlenwasserstoffen oder Aldehyden
erzeugt werden, und das Gas kann dann zu den Anoden geliefert werden.
An der Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 ist auch
ein Drucksensor PSh angeordnet, der dafür ausgelegt ist,
den Druck des Wasserstoffs, der zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
wird, zu erfassen, sowie ein Strömungsratensensor FSh,
der dafür ausgelegt ist, die Strömungsrate des
Wasserstoffs, der zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
wird, zu erfassen.
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Der
hoch verdichtete Wasserstoff, der im Wasserstofftank 50 gespeichert
ist, wird, nachdem er einer Druck- und Strömungsratenregulierung
durch ein Sperrventil 51 und einen Regler 52,
die am Ausgang des Wasserstofftanks angeordnet sind, unterzogen
wurde, über den Wasserstoffzufuhr-Verteilerkanal zu den
Anoden der Brennstoffzellenmodule 40 geliefert. Die Anodenabgase,
die von den Brennstoffzellenmodulen 40 ausgeführt
werden, können über eine Ausführungsleitung 56,
die mit dem Anodenabgasausfuhr-Sammelkanal verbunden ist, aus dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgeführt
werden. Während der Ausführung der Anodenabgase
aus dem Brennstoffzellenstapel 100 wird Wasserstoff, der
in den Anodenabgasen enthalten ist, mit einer nicht dargestellten
Verdünnereinheit behandelt.
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Die
Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 und die Ausführungsleitung 56 sind
mit einer Rückführungsleitung 54 zum
Rückführen von Anodenabgasen zur Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 verbunden.
Ein Abgasventil 57 ist stromabwärts vom Verbindungspunkt
der Ausführungsleitung 56 und der Rückführungsleitung 54 angeordnet.
Eine Pumpe 55 ist an der Rückführungsleitung 54 angeordnet.
Durch Steuern der Betätigung der Pumpe 55 und
des Abgasventils 57 kann auf angemessene Weise zwischen
einem Auslassen der Anodenabgase und ihrer Rückführung
zur Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 umgeschaltet
werden. Durch Rückführen von Anodenabgasen zur
Was serstoff-Zuführungsleitung 53 kann unverbrauchter
Wasserstoff, der in den Anodenabgasen enthalten ist, wirksam genutzt
werden.
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Die
Kathoden des Brennstoffzellenstapels 100 werden über
eine Luft-Zuführungsleitung 61 mittels des sauerstoffhaltigen
Oxidierungsgases mit verdichteter Luft, die von einem Luftkompressor 60 verdichtet
wurde, beliefert. Diese verdichtete Luft wird dann über
den Luftzufuhr-Verteilerkanal, die mit der Luftzufuhrleitung verbunden
ist, zu den Kathoden des Brennstoffzellenmoduls 40 geliefert.
Die Kathodenabgase, die aus den Kathoden der Brennstoffzellenmodule 40 ausgeführt
wurden, werden über eine Ausführungsleitung 62,
die mit dem Kathodenabgasausfuhr-Sammelkanal verbunden ist, aus
dem Brennstoffzellenstapel abgelassen. Die Ausführungsleitung 62 lässt
nicht nur die Kathodenabgase ab, sondern auch gebildetes Wasser,
das sich an den Kathoden des Brennstoffzellenstapels 100 durch
die elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff
gebildet hat. Ein Strömungsratensensor FSa, der dafür
ausgelegt ist, die Strömungsrate von Luft, die in den Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
wird, zu erfassen, ist an der Luft-Zuführungsleitung 61 angeordnet.
Ein Drucksensor PSa, der dafür ausgelegt ist, den Druck
der in den Brennstoffzellenstapel 100 gelieferten Luft
zu erfassen, ist an der Ausführungsleitung 62 angeordnet.
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Da
der Brennstoffzellenstapel 100 aufgrund der oben genannten
elektrochemischen Reaktion Wärme abstrahlt, wird der Brennstoffzellenstapel 100 auch
mit einem Kühlmittel beliefert, um den Brennstoffzellenstapel 100 zu
kühlen. Dieses Kühlmittel wird von einer Pumpe 70 durch
eine Leitung 72 umgewälzt und wird von einem Kühler 71 gekühlt
und dann zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert.
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Der
Betrieb des Brennstoffzellensystem 1000 wird von einer
Steuereinheit 90 gesteuert. Die Steuereinheit 90 besteht
aus einem Mikrocomputer mit einer internen CPU, einem RAM, einem
ROM, einem Zeitnehmer usw. und ist dafür ausgelegt, den Betrieb
des Systems, beispielsweise die Betätigung der verschiedenen
Ventile und Pumpen, gemäß einem im ROM gespeicherten
Programm zu steuern. Die Steuereinheit führt auch ein noch
zu erörterndes Startsteuerprogramm auf Basis der Ausgaben
der Druck sensoren PSh, PSa, der Strömungsratensensoren
FSh, FSa und des Voltmeters 80, wenn das Brennstoffzellensystem
aus, gestartet wird.
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A2. Steuereinheit:
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2 ist
eine Darstellung von Funktionsblöcken in der Steuereinheit 90 für
die Ausführung des Startsteuerverfahrens der ersten Ausführungsform. Wie
dargestellt, ist die Steuereinheit 90 mit einem Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92,
einem Erzeugungsfunktionsstörungs-Feststellungsabschnitt 94 und
einem Zeitnehmer 96 ausgestattet.
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Abhängig
davon, ob der Druck von Wasserstoff und der Druck von Luft, die
zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden, die vom
Drucksensor PSh bzw. vom Drucksensor PSa erfasst werden, jeweils
vorgegebene Druckpegel erreicht haben, stellt der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92 fest,
ob Wasserstoff und Luft erfolgreich zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
wurden.
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Der
Erzeugungsfunktionsstörungs-Feststellungsabschnitt 94 bestimmt
auf Basis der Leerlaufspannung des Brennstoffzellenstapels 100,
die vom Voltmeter 80 gemessen wird, ob in der Brennstoffzelle
ein Stapel 100 mit gestörter Leistungserzeugungsfunktion
vorhanden ist.
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Wie
noch beschrieben wird, misst der Zeitnehmer 96 die Zeit,
die seit Beginn der Zufuhr der Reaktionsgase (Wasserstoff und Luft)
zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen ist, ebenso wie
die Zeit, die seit einem erfolgreichen Abschluss der Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen ist. Das Startsteuerverfahren
der ersten Ausführungsform wird nachstehend ausführlich
beschrieben.
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A3. Startsteuerverfahren
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3 ist
ein Ablaufschema, das den Ablauf des Startsteuerverfahrens der ersten
Ausführungsform darstellt. Dieses Verfahren wird von der
CPU der Steuereinheit 90 ausgeführt, wenn das
Brennstoffzellensystem 100 gestartet wird.
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Wenn
ein Startbefehl in das Brennstoffzellensystem 1000 eingegeben
wird, steuert die CPU zuerst die Ventile und Pumpen und initiiert
die Zufuhr von Reaktionsgasen (Wasserstoff und Luft) zum Brennstoffzellenstapel 100 (Schritt
S100). Gleichzeitig startet die CPU über den Zeitnehmer 96 das
Messen der Zeit, die seit dem Beginn der Reaktionsgaszufuhr zum
Brennstoffzellenstapel 100 vergangen ist.
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Durch
die Drucksensoren PSh, PSa erfasst die CPU dann den Druck des Wasserstoffs
und den Druck der Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden (Schritt S110), und stellt durch den Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92 fest,
ob der Druck des Wasserstoffs und der Druck der Luft jeweils vorgegebene
Druckpegel erreicht haben (Schritt S120). Der vorgegebene Druckpegel
für Wasserstoff und der vorgegebene Druckpegel für
Luft sind vorab individuell eingestellt worden.
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Falls
der Druck des Wasserstoffs und/oder der Druck der Luft, die zum
Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden, den entsprechenden
vorgegebenen Druckpegel nicht erreichen konnte(n) (Schritt 120:
NEIN), nimmt die CPU über den Reaktionsgaszufuhreffizienz-Feststellungsabschnitt 92 Bezug
auf den Zeitnehmer 96 und stellt fest, ob ein vorgegebener
Zeitraum T2 seit Beginn der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen
ist (Schritt S130). Der Zeitraum T2 kann innerhalb eines Bereichs,
in dem der Druck der Reaktionsgase vorgegebene Druckpegel voraussichtlich
erreichen kann, wenn das Reaktionsgas-Zuführungssystem richtig
funktioniert, beliebig eingerichtet werden. Dieser Zeitraum T2 entspricht
dem zweiten Zeitraum der vorliegenden Erfindung. Falls der vorgegebene
Zeitraum T2 seit Beginn der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 noch
nicht vergangen ist (Schritt S130: NEIN), kehrt die Routine zu Schritt S110
zurück.
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Falls
dagegen der vorgegebene Zeitraum T2 seit Beginn der Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen ist (Schritt 130:
JA), stellt die CPU fest, dass eine Fehlfunktion im Reaktionsgas-Zuführungssystem
vorliegt. Genauer stellt die CPU fest, dass eine Funktionsstörung
im Wasserstoff-Zuführungssystem vorliegt, falls der Wasserstoffdruck
den vorgegebenen Druck nicht erreicht hat. Falls der Luftdruck den
vorgegebenen Druck nicht erreicht hat, stellt die CPU fest, dass
eine Störung im Luft-Zuführungssystem vorliegt.
Dann verhindert die CPU eine Verbindung eines Verbrauchers mit bzw.
einen Lastanschluss an dem Brennstoffzellenstapel 100 (Schritt
S132) und steuert außerdem die Ventile und Pumpen, um die
Zufuhr der Reaktionsgase anzuhalten (Schritt S140). In diesem Fall verhindert
die CPU außerdem die Bestimmung, ob die Leistungserzeugungsfunktion
im Brennstoffzellenstapel gestört ist, wie später
beschrieben wird. Die CPU beendet dann das Startsteuerverfahren.
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Falls
in Schritt 120 der Druck des Wasserstoffs und der Druck des Sauerstoffs,
die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden, jeweils
ihre vorgegebenen Druckpegel erreicht haben (Schritt 120: JA), stellt
der Reaktionsgaszufuhreffizienz-Feststellungsabschnitt 92 fest,
dass die Reaktionsgase erfolgreich zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert wurden,
und misst über das Voltmeter 80 die Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels 100 (Schritt S150) und übernimmt
den Wert. Gleichzeitig setzt die CPU den Zeitnehmer 96 zurück
und beginnt mit dem Messen der ablaufenden Zeit, beginnend mit dem
Zeitpunkt, zu dem die Zufuhr der Reaktionsgase zum Brennstoffzellenstapel
erfolgreich abgeschlossen wurde.
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Dann
stellt die CPU durch den Erzeugungsfunktionsstörungs-Feststellungsabschnitt 94 fest,
ob die Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 einen
Pegel erreicht hat, der mindestens so hoch ist wie eine vorgegebene
Spannung OCVth (Schritt 160). Falls die Leerlaufspannung OCV einen Pegel
erreicht hat, der mindestens so hoch ist wie die vorgegebene Spannung
OCVth (Schritt S160: JA), stellt die CPU fest, dass die Leistungserzeugungsfunktion
im Brennstoffzellenstapel 100 nicht gestört ist,
und lässt die Verbindung eines Verbrauchers mit dem Brennstoffzellenstapel 100 zu
(Schritt S162). Die CPU beendet dann das Startsteuerverfahren.
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Falls
in Schritt 160 die Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 niedriger
ist als die vorgegebene Spannung OCVth (Schritt S160: NEIN), nimmt
die CPU durch den Erzeugungsfunktionsstörungs-Feststellungsabschnitt 94 Bezug
auf den Zeitnehmer 96 und stellt fest, ob ein vorgegebener
Zeitraum T1 seit dem erfolgreichen Abschluss der Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen ist (Schritt S170).
Der vorgegebene Zeitraum T1 kann innerhalb eines Bereichs, in dem die
Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 die
vorgegebene Spannung OCVth voraussichtlich erreicht, wenn die Leistungserzeugungsfunktion
im Brennstoffzellenstapel 100 nicht gestört ist,
beliebig eingerichtet werden. Dieser vorgegebene Zeitraum T1 entspricht
dem ersten vorgegebenen Zeitraum der vorliegenden Erfindung. Falls
der vorgegebene Zeitraum T1 seit dem erfolgreichen Abschluss der
Reaktionsgaszufuhr zur Brennstoffzelle 100 noch nicht vergangen
ist (Schritt S170: NEIN), kehrt die Routine zu Schritt S150 zurück.
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Falls
dagegen der vorgegebene Zeitraum T1 seit dem erfolgreichen Abschluss
der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangen
ist (Schritt S170), stellt die CPU fest, dass in der Brennstoffzelle
ein Stapel 100 vorhanden ist, dessen Leistungserzeugungsfunktion
gestört ist, und verhindert die Verbindung eines Verbrauchers
mit dem Brennstoffzellenstapel 100 (Schritt S172), während
sie die Ventile und Pumpen so steuert, dass die Zufuhr der Reaktionsgase
angehalten wird (Schritt S140). Die CPU beendet dann das Startsteuerverfahren.
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Gemäß dem
Brennstoffzellensystem 1000 der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform wird während des Startsteuerverfahrens
für den Brennstoffzellensystem 1000 die Leerlaufspannung OCV
des Brennstoffzellenstapels 100 gemessen, sobald die Zufuhr
von Reaktionsgasen zum Brennstoffzellenstapel erfolgreich abgeschlossen
wurde, und auf Basis der gemessenen Leerlaufspannung OCV wird bestimmt,
ob in der Brennstoffzelle ein Stapel 100 vorhanden ist,
dessen Leistungserzeugungsfunktion gestört ist. Demgemäß kann
eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung im Brennstoffzellenstapel 100 beim
Starten des Brennstoffzellensystems korrekt diagnostiziert werden.
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Die
Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 wird
nach erfolgreichem Abschluss einer Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 gemessen.
Demgemäß kann zwischen einem Fall, wo eine Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels 100 aufgrund einer Funktionsstörung
im Reaktionsgas-Zuführungssystem nicht auf die vorgegebene
Spannung OCVth steigen konnte, und einem Fall, in dem eine Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels aufgrund einer Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 selbst nicht auf die vorgegebene
Spannung OCVth steigen konnte, unterschieden werden, und somit kann
eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung, die im Brennstoffzellenstapel 100 vorliegt,
korrekt diagnostiziert werden. Sobald eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 diagnostiziert wurde, kann
eine Steuerung im Fehlersicherungsmodus (in der vorliegenden Ausführungsform ein
Anhalten der Reaktionsgaszufuhr) ausgeführt werden.
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Im
Startsteuerverfahren der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
wird diagnostiziert, dass eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 vorliegt, wenn die Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels 100 die vorgegebene Spannung
OCVth nicht im vorgegebenen Zeitraum T1 im Anschluss an die Feststellung eines
erfolgreichen Abschlusses einer Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 erreicht.
Demgemäß können Fälle, in denen
eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung im Brennstoffzellenstapel 100 falsch
diagnostiziert wird, vermieden werden.
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Im
Startsteuerverfahren der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
wird diagnostiziert, dass eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 vorliegt, wenn die Drücke der
Reaktionsgase ihre jeweils vorgegebenen Druckpegel nicht innerhalb
eines zweiten vorgegebenen Zeitraums T2 im Anschluss an den Beginn
der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100,
erreichen können. Demgemäß können
Fälle, in denen eine Funktionsstörung im Reaktionsgas-Zuführungsabschnitt
falsch diagnostiziert wird, vermieden werden.
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Darüber
hinaus wird im Startsteuerverfahren der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform im Falle einer Bestimmung, dass eine Funktionsstörung des
Reaktions gas-Zuführungssystems vorliegt, die Diagnose einer
Leistungserzeugungs-Funktionsstörung des Brennstoffzellenstapels 100 nicht
zugelassen, und es findet keine Messung der Leerlaufspannung OCV
des Brennstoffzellenstapels 100 statt. Somit können
die Reaktionsgaszufuhren ohne Verzögerung angehalten werden.
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B. Zweite Ausführungsform
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B1. Aufbau des Brennstoffzellensystems
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Der
Aufbau des Brennstoffzellensystems der zweiten Ausführungsform
ist dem Aufbau des Brennstoffzellensystems 1000 der ersten
Ausführungsform im Wesentlichen gleich. Somit wird auf
eine Beschreibung des Aufbaus des Brennstoffzellensystems der zweiten
Ausführungsform hier verzichtet. Jedoch unterscheidet sich
das Startsteuerverfahren im Brennstoffzellensystem der zweiten Ausführungsform
teilweise vom Startsteuerverfahren im Brennstoffzellensystem der
ersten Ausführungsform. Die Steuereinheit und das Startsteuerverfahren
der zweiten Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
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B2. Steuereinheit:
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4 ist
eine Darstellung von Funktionsblöcken in einer Steuereinheit 90A für
die Ausführung des Startsteuerverfahrens der zweiten Ausführungsform.
Wie dargestellt, ist die Steuereinheit 90A mit einem Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92A,
einem Erzeugungsfunktionsstörungs-Feststellungsabschnitt 94 und
einem Zeitnehmer 96 ausgestattet.
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Abhängig
davon, ob die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate
der Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden und die von einem Strömungsratensensor FSh und einem
Strömungsratensensor FSa erfasst werden, jeweils vorgegebene
Strömungsraten erreicht haben, stellt der Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92A fest,
ob Wasserstoff und Luft erfolgreich zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert wurden.
Die Funktionen des Erzeugungsfunktionsstörungs-Fest stellungsabschnitts 94 und
des Zeitnehmers 96 sind die gleichen wie in der ersten
Ausführungsform.
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B3. Startsteuerverfahren:
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5 ist
ein Ablaufschema, das den Ablauf des Startsteuerverfahrens der zweiten
Ausführungsform darstellt. Dieses Verfahren wird von der
CPU der Steuereinheit 90A ausgeführt, wenn das
Brennstoffzellensystem 1000 gestartet wird.
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Wie
aus einem Vergleich von 3 mit 5 hervorgeht,
sind die Verfahren des Schritts S100 und der Schritte S130 bis S180
denen im Startsteuerverfahren der ersten Ausführungsform
gleich. Demgemäß wird hier auf eine Beschreibung
dieser Schritte verzichtet.
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Im
Startsteuerverfahren der zweiten Ausführungsform erfasst
die CPU im Anschluss an Schritt S100 durch die Strömungsratensensoren
FSh und FSa die Strömungsrate von Wasserstoff und die Strömungsrate
von Luft, die jeweils zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden (Schritt S110A), und stellt dann durch den Reaktionsgaszufuhreffektivitäts-Feststellungsabschnitt 92A fest,
ob die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate der
Luft jeweils vorgegebene Strömungsraten erreicht haben
(Schritt S120A). Die vorgegebene Strömungsrate von Wasserstoff
und die vorgegebene Strömungsrate von Luft wurden zuvor
unabhängig eingerichtet.
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Falls
die Strömungsrate von Wasserstoff und/oder die Strömungsrate
von Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden, ihre jeweils vorgegebene Strömungsrate nicht erreichen
konnte(n) (Schritt S120A: JA), geht die CPU 130 dann zu Schritt
S130 weiter. Falls dagegen die Strömungsrate des Wasserstoffs
und die Strömungsrate der Luft, die zum Brennstoffzellen 100 geliefert
werden, ihre entsprechenden vorgegebenen Strömungsraten
erreicht haben (Schritt S120A: JA), geht die CPU 130 zu Schritt
S150 weiter.
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Wie
im Brennstoffzellensystem 1000 der ersten Ausführungsform
wird im Brennstoffzellensystem der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform während
des Brennstoffzellensystem-Startsteuerverfahrens nach erfolgreichem
Abschluss der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 die Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels 100 gemessen, und auf Basis
der gemessenen Leerlaufspannung OCV wird festgestellt, ob in der
Brennstoffzelle ein Stapel 100 vorhanden ist, dessen Leistungserzeugungsfunktion
gestört ist. Somit kann eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 während des Startens
des Brennstoffzellensystems korrekt diagnostiziert werden.
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Die
Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 wird
nach erfolgreichem Abschluss der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 gemessen.
Somit kann zwischen einem Fall, in dem die Leerlaufspannung OCV
des Brennstoffzellenstapels 100 aufgrund einer Funktionsstörung
im Reaktionsgas-Zuführungssystem die vorgegebene Spannung
OCVth nicht erreichen konnte, und einem Fall, in dem die Leerlaufspannung
OCV des Brennstoffzellenstapels 100 aufgrund einer Funktionsstörung
des Brennstoffzellenstapels 100 selbst die vorgegebene
Spannung OCVth nicht erreichen konnte, unterschieden werden, und
somit kann eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung im
Brennstoffzellenstapel 100 korrekt diagnostiziert werden.
Sobald eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung im Brennstoffzellenstapel 100 diagnostiziert
wurde, kann eine Steuerung im Fehlersicherungsmodus (in der vorliegenden
Ausführungsform ein Anhalten der Zufuhr von Reaktionsgasen)
ausgeführt werden.
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Wie
im Startsteuerverfahren der ersten Ausführungsform wird
im oben beschriebenen Startsteuerverfahren der zweiten Ausführungsform
diagnostiziert, dass die Leistungserzeugungsfunktion im Brennstoffzellenstapel 100 gestört
ist, falls die Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 die
vorgegebene Spannung OCVth nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums
T1 im Anschluss an die Feststellung, dass eine Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 erfolgreich abgeschlossen
wurde, erreicht. Somit können Fälle, dass eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
im Brennstoffzellenstapel 100 falsch diagnostiziert wird,
vermieden werden.
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Im
Startsteuerverfahren der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform
wird eine Diagnose einer Funktionsstörung des Reaktionsgas-Zuführungssystems
in dem Fall gestellt, dass die Strömungsraten der Reaktionsgase
ihre entsprechenden vorgegebenen Strömungsraten nicht innerhalb
des vorgegebenen Zeitraums T2 im Anschluss an den Beginn der Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 erreichen können.
Somit können Fälle einer falschen Diagnose einer
Funktionsstörung im Reaktionsgas-Zuführungssystem
vermieden werden.
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Falls
bestimmt wird, dass eine Funktionsstörung des Reaktionsgas-Zuführungssystems
vorliegt, wird im Startsteuerverfahren der oben beschriebenen zweiten
Ausführungsform eine Diagnose einer Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
des Brennstoffzellenstapels 100 nicht zugelassen, und eine Messung
der Leerlaufspannung OCV des Brennstoffzellenstapels 100 findet
nicht statt. Somit kann die Reaktionsgaszufuhr ohne Verzögerung
angehalten werden.
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C. Modifizierte Ausführungsformen:
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Obwohl
die vorliegende Erfindung hierin anhand von bestimmten bevorzugten
Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung
in keiner Weise auf diese Ausführungsformen beschränkt
und kann in verschiedenen anderen Modi ausgeführt werden,
ohne von ihrem Gedanken abzuweichen. Mögliche Modifikationen
schließen, jedoch ohne Beschränkung darauf, beispielsweise
die folgenden ein.
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C1. Erste modifizierte Ausführungsform
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In
der ersten Ausführungsform beinhaltet die Feststellung
eines erfolgreichen Abschlusses einer Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 abhängig
von den Drücken des zugeführten Wasserstoffs und
der zugeführten Luft, während das Startsteuerverfahren
der zweiten Ausführungsform die Feststellung eines erfolgreichen
Abschlusses einer Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 aufgrund
der Strömungsraten des zugeführten Wasserstoffs
und der zugeführten Luft beinhaltet; jedoch bedeutet dies
keine Einschränkung, und diese Vorgehensweisen können
auf geeignete Weise kombiniert werden.
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C2. Zweite modifizierte Ausführungsform
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In
der ersten Ausführungsform setzt die CPU der Steuereinheit 90 in
Schritt S120 des Startsteuerverfahrens, das in 3 dargestellt
ist, den Zeitnehmer 96 zurück, falls der Druck
des Wasserstoffs und der Druck der Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden, ihre jeweiligen vorgegebenen Pegel erreicht haben; jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt.
Genauer könnte statt einer Zurücksetzung des Zeitnehmers 96,
wenn der Druck des Wasserstoffs und der Druck der Luft, die zum
Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden, ihre jeweils
vorgegebenen Druckpegel in Schritt S120 erreicht haben, die Zeit,
die ab Beginn der Zufuhr von Reaktionsgasen zum Brennstoffzellenstapel 100 vergeht,
kontinuierlich gemessen werden, und in Schritt S170 könnte
auf Basis der ab Beginn der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 vergangenen
Zeit eine Entscheidung über eine Rückkehr zum
Schritt S150 oder ein Vorwärtsgehen zum Schritt S172 getroffen
werden.
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Analog
dazu setzt die CPU der Steuereinheit 90A im Schritt S120A
des Startsteuerverfahrens der zweiten Ausführungsform,
das in 5 dargestellt ist, den Zeitnehmer 96 zurück,
falls die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate
der Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert
werden, jeweils vorgegebene Strömungsraten erreicht haben; jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt.
Genauer könnte statt einer Zurücksetzung des Zeitnehmers 96,
falls die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate der
Luft, die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden,
ihre jeweiligen vorgegebenen Strömungsraten in Schritt
S120A erreicht haben, die Zeit, die ab Beginn der Reaktionsgaszufuhr
zum Brennstoffzellenstapel 100 vergeht, kontinuierlich
gemessen werden, und in Schritt S170 könnte auf Basis der
Zeit, die ab Beginn der Reaktionsgaszufuhr zum Brennstoffzellenstapel 100 vergeht,
eine Entscheidung zwischen einer Rückkehr zum Schritt S150
und einem Vorwärtsgehen zum Schritt S172 getroffen werden.
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C3. Dritte modifizierte Ausführungsform
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Gemäß den
vorangehenden Ausführungsformen sind im Brennstoffzellensystem 1000,
das in 1 dargestellt ist, der Drucksensor PSh und der Strömungsratensensor
FSh an der Wasserstoff-Zuführungsleitung 53 angeordnet,
ist der Drucksensor PSa an der Ausführungsleitung 62 angeordnet
und ist der Strömungsratensensor FSa an der Luft-Zuführungsleitung 61 angeordnet;
jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Die
Standorte der Sensoren können beliebig eingerichtet werden,
vorausgesetzt, diese Standorte ermöglichen eine Erfassung
des Drucks und der Strömungsrate der Wasserstoff- und Luftströme,
die zum Brennstoffzellenstapel 100 geliefert werden.
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C4. Vierte modifizierte Ausführungsform:
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In
den vorangehenden Ausführungsformen ist das Voltmeter 80 dafür
ausgelegt, die Leerlaufspannung des gesamten Brennstoffzellenstapels 100 zu
messen; jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht
auf diese Anordnung beschränkt. Beispielsweise könnte
die Leerlaufspannung stattdessen für jedes Brennstoffzellenmodul 40 individuell
gemessen werden. Mit einer solchen Anordnung könnte eine
Diagnose einer Leistungserzeugungs-Funktionsstörung für
die Vielzahl von Brennstoffzellenmodulen 40 individuell
ausgeführt werden
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ZUSAMMENFASSUNG
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BRENNSTOFFZELLENSYSTEM UND
STARTSTEUERVERFAHREN FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM
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Beim
Starten des Brennstoffzellensystems wird im Anschluss an einen erfolgreichen
Abschluss der Zufuhr von Reaktionsgasen (einem Brenngas und einem
Oxidierungsgas) zur Brennstoffzelle die Leerlaufspannung OCV der
Brennstoffzelle gemessen, und abhängig davon, ob die Leerlaufspannung der
Brennstoffzelle mindestens so groß ist wie eine vorgegebene
Spannung OCVth, wird dann festgestellt, ob die Leistungserzeugungsfunktion
der Brennstoffzelle gestört ist. Die Feststellung, ob die Reaktionsgaszufuhr
zur Brennstoffzelle erfolgreich abgeschlossen wurde, wird beispielsweise
abhängig davon getroffen, ob ein Druck, mit dem die Reaktionsgase
zur Brennstoffzelle geliefert werden, mindestens so hoch ist wie
ein vorgegebener Druck. Somit kann eine Leistungserzeugungs-Funktionsstörung
in der Brennstoffzelle beim Starten der Brennstoffzelle korrekt
diagnostiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005302539
A [0002, 0003]