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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Fehlererkennungsvorrichtung zum Erkennen
eines Fehlers in einem Wasserstoff-Abgabeventil, das in einem Brennstoffzellensystem
angeordnet ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einem Brennstoffzellensystem, bei dem elektrische Energie durch
Zuführen
von Brenngas und Oxidationsgas zu einem Brennstoffzellenstapel, der
von in Serie gestapelten Mehrfachzellen aufgebaut ist, erzeugt wird,
gibt es eine bekannte Struktur, bei der nicht-abreagiertes Wasserstoffgas
für eine Zellenreaktion
durch Rückströmenlassen
von Wasserstoffabgas (Anodenabgas), das von einem Anoden-Gaskanal
abgegeben wird, zu einer Anode, wieder verwendet wird. Ein Wasserstoff-Abgabeventil bzw.
-Auslaßventil
zum Abgeben eines Teils des Wasserstoffabgases ist in einem Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß angeordnet.
Durch regelmäßiges Öffnen des
Wasserstoff-Abgabeventils
wird, wenn eine Konzentration von anderen Bestandteilen als Wasserstoff,
die im Wasserstoffabgas enthalten sind, hoch wird, eine Konzentration
von Wasserstoff, die der Anode zugeführt werden soll, geeignet erhalten.
Wenn jedoch ein Fehler im Wasserstoff-Abgabeventil auftritt und
der Öffnungs-/Schließvorgang
des Ventils nicht geeignet ausgeführt werden kann, tritt ein
Problem bei einem Zellenbetrieb auf. Demgemäß offenbart die
japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr.
2003-92125 eine Technologie zum Erkennen eines Wasserstoff-Abgabebefehls
an ein Wasserstoff-Abgabeventil
und zum Bestimmen, ob im Wasserstoff-Abgabeventil auf Basis eines Solldrucks
eines Brennstoff-Zuführabschnitts
eines Brennstoffzellenstapels und eines tatsächlich erfaßten Wertes ein Fehler aufgetreten
ist.
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Gemäß der Technologie,
die in dieser Veröffentlichung
offenbart ist, wird jedoch die Bestimmung, ob ein Fehler im Wasserstoff-Abgabeventil
aufgetreten ist, nur gemacht, wenn die Brennstoffzelle normal betrieben
wird. Wenn die Brennstoffzelle in einem Übergangszustand ist, beispielsweise,
wenn ein Gaspedal plötzlich
niedergetreten wird, kann demgemäß keine
geeignete Fehlerbestimmung gemacht werden.
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Das
Dokument
US-5,441,821 offenbart
ein Erzeugungssystem für
elektrischen Strom, das eine gesteuerte Vakuumausstoßvorrichtung
bzw. einen gesteuerten Vakuumauswerfer zum Rückführen des fluiden Brennstoffstroms
aufweist. Das System enthält
einen Brennstoffzellenstapel, eine Zuführung für verdichteten Brennstoff,
die ein Drucksteuerventil zum Regulieren des Drucks der Brennstoffzuführung aufweist,
eine Vakuumausstoßvorrichtung,
die zwischen der Brennstoffzuführung
und dem Brennstoffstromeinlaß des
Stapels angeordnet ist, einen Drucksensor bzw. Druckaufnehmer, der
zwischen dem Ausstoßvorrichtungs-Abgabeauslaß und dem Brennstoffstromeinlaß des Stapels
angeordnet ist, und eine Zuführung
für das
verdichtete Oxidationsmittel mit einem Drucksensor. Der Ausstoßvorrichtungs-Saugeinlaß ist mit
dem Brennstoffstromauslaß des
Brennstoffzellenstapels fluidisch verbunden. Der Brennstoffstrom-Drucksensor überträgt ein Signal
an das Drucksteuerventil, um den Druck der Brennstoffzuführung einzustellen,
wenn der erfaßte
Druck des Brennstoffstroms von einem vorbestimmten Wert abweicht.
Der Oxidationsmittelstrom-Drucksensor überträgt ein Signal an das Drucksteuerventil,
um den Druck der Brennstoffzufuhr einzustellen, wenn sich der erfaßte Druck
des Oxidationsmittelstroms ändert.
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Ferner
offenbart das Dokument
JP-09-209810 eine
Fehlererkennungsvorrichtung für einen
Ansaugluft-Steuerventilmechanismus eines Motors, um einen Fehlerzustand
eines Ansaugluft-Steuerventilmechanismus ohne begleitende Komplexierung
bzw. Verkomplizierung der Konstruktion und Steuerung einfach zu
erkennen und um den Fehlerzustand schnell und zuverlässig nach
außen anzuzeigen,
durch Zusammenfügen
eines Antriebsvorrichtungs-Steuerabschnitts und eines Fehler-Beurteilungsabschnitts
in einer ECU und Anzeigen des Fehlerzustands des Einlaßluft-Steuerventilmechanismus
nach außen
auf einer Anzeige. In dieser Erkennungsvorrichtung ist eine Motorbetriebszustands-Erkennungsvorrichtung
angeordnet, die beurteilt, ob ein Motorbetriebszustand in einem
regulären Zustand
ist oder nicht. Ferner erkennt ein Drucksensor einen Druck in einem
Einlaßluftdurchlaß, wenn das
Einlaßsteuerventil
geöffnet/geschlossen
ist. Wenn ein Druckunterschied in Öffnungs-/Schließ-Zeiträumen zwischen
dem erfaßten Druck
bei einem vorbestimmten Druck oder mehr ist, beurteilt die Fehler-Beurteilungsvorrichtung
in der ECU, daß der
Motorbetriebszustand normal ist, und, wenn ein Druckunterschied
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, urteilt es, daß der Motorbetriebszustand
normal ist, und, wenn ein Druckunterschied kleiner als ein vorbestimmter
Wert ist, urteilt es, daß der
Motorbetriebszustand in einem Fehlerzustand ist. Die Anzeigevorrichtung
zeigt nach außen
an, ob der Motorbetriebszustand auf Basis dieses Urteils im Fehlerzustand
ist oder nicht.
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Ein
Brennstoffzellensystem eines Unterwasserfahrzeugs wird ferner im
Dokument
US-3,748,180 offenbart.
Dieses Brennstoffzellensystem weist wenigstens ein Brennstoffzellenmodul
zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischem Strom auf. Ein erster Tank,
der Wasserstoff enthält,
ist mit einer Reaktionskammer eines Brennstoffzellenmoduls verbunden, und
ein zweiter Tank, der Sauerstoff enthält, ist mit einer weiteren
Reaktionskammer des Brennstoffzellenmoduls verbunden. Das Wasserstoffprodukt
Wasser, das von der Wasserstoff-Reaktionskammer abgegeben wird,
wird kondensiert und abgetrennt, und das erzeugte Wasser wird im
ersten Tank, der Wasserstoff enthält, gespeichert. Das Brennstoffzellenmodul ist
in einem Sicherheitsbehälter
angeordnet, das unter Stickstoffdruck steht. Ein katalytischer Reaktor
ist im Sicherheitsbehälter
angeordnet, um Wasser für den
Fall zu bilden, daß gleichzeitige
Leckagen bzw. Undichtigkeiten sowohl bei den Wasserstoff- als auch bei
den Sauerstoff-Hochdruck-Zuführleitungen
vorhanden sind. Ein Drucksensor ist ebenfalls im Sicherheitsbehälter zum
Abschalten des Systems angeordnet, falls eine Hochdruckleckage in
entweder der Wasserstoff- oder der Sauerstoffleitung vorliegt.
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Ferner
offenbart das Dokument
EP
1 223 631 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen
eines Leckagestroms des Kühlmittels
eines Brennstoffzellenstapels zwischen dem Stapel und der geerdeten
Stapelgrundplatte, wobei ein Spannungsmesser verwendet wird, um
die Spannung über
das Kühlmittel
zu messen. Wenn die Kühlmittelspannung
bei oder unter einem vorbestimmten Niveau ist, liegt ein übermäßiges Leitfähigkeitsniveau im
Kühlmittel
vor, und die Anwesenheit eines Leckagestroms wird mitgeteilt.
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Ferner
offenbart das Dokument
US 2003/077487
A1 Verfahren zur Verbesserung der Kaltstarteigenschaft
einer elektrochemischen Brennstoffzelle, wobei temperaturabhängige Verfahren
verwendet werden können,
um die Kaltstarteigenschaft der Brennstoffzellen-Erzeugungssysteme
für elektrischen
Strom zu verbessern. Ein Verfahren zum Beenden bzw. Einstellen des
Betriebs eines Erzeugungssystems für elektrischen Strom verbessert
die Kaltstarteigenschaft und Gefriertoleranz des Brennstoffzellenstapels
durch Verringern der Wassermenge, die innerhalb der Durchlässe des
Stapels verbleiben. Das Verfahren schließt das Spülen eines oder mehrerer der
Brennstoffzellenstapel-Oxidationsmittel- und -Brennstoff-Durchlässe beim
Abschalten ein, bevor zugelassen wird, daß der Brennstoffzellenstapel
auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser fällt. Vorzugsweise
wird ein Spülen
beim Abschalten bei einer Temperatur unterhalb der Stapelbetriebstemperatur
durchgeführt.
Ein weiteres Verfahren, das beim Anfahren verwendet wird, schließt ein Ausrichten
eines Kühlmittelfluidstroms zum
Brennstoffzellenstapel nur ein, nachdem eine vorbestimmte Temperatur über der
Gefriertemperatur des Wassers überschritten
ist. Vorzugsweise wird der Brennstoffzellenstapel nach dem Einfrieren
auf eine Temperatur über
seiner normalen Betriebstemperatur erwärmt, bevor der Betrieb begonnen
wird.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, das vorgenannte Problem zu
lösen und
eine Fehlererkennungsvorrichtung zum Erkennen eines Fehlers in einem
Wasserstoff-Auslaßventil
ungeachtet eines Betriebszustands einer Brennstoffzelle bereit zu
stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Fehlererkennungsvorrichtung für
ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung
enthält einen
Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß,
um Wasserstoffabgas, das von einer Brennstoffzelle abgegeben wird,
zu einer Anode der Brennstoffzelle zurück zu (ihren; einen Abgabedurchlaß zum Abgeben
eines Teils des Wasserstoffabgases, der durch den Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß umläuft, vom
Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß; ein Wasserstoff-Abgabeventil,
das im Abgabedurchlaß angeordnet
ist; eine Fehlererkennungsvorrichtung zum Erkennen, ob ein Fehler
beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten ist; und eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
zum Erfassen einer Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases,
wobei die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
im Abgabedurchlaß bei
einer Position stromabwärts vom
Wasserstoff-Abgabeventil angeordnet ist. Die Fehlererkennungsvorrichtung
bestimmt, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils
aufgetreten ist, auf Basis der Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases.
Ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten ist, wird auf Basis der Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases
bestimmt, welche durch die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung,
die stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil
angeordnet ist, erfaßt
wird. Demgemäß ist es
möglich,
ungeachtet eines Betriebszustands der Brennstoffzelle zu bestimmen,
ob ein Fehler aufgetreten ist.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann zusätzlich
zur vorgenannten Struktur ferner eine Mischkammer zum Mischen des
Wasserstoffabgases, das vom Abgabedurchlaß abgegeben wird, mit einem
externen Gas bereit gestellt werden, und die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
kann gestaltet sein, um die Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases,
das mit dem externen Gas in der Mischkammer gemischt wird, zu erfassen.
Durch Erfassen einer Änderung
der Gas-Zustandsgröße zwischen
bevor und nachdem das Wasserstoffabgas mit dem externen Gas gemischt
worden ist, kann die Genauigkeit des Erfassens der Gas-Zustandsgröße verbessert
werden.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann das externe Gas ein Teil des Oxidationsgases sein, das einer
Kathode der Brennstoffzelle zugeführt werden soll. Daher kann
eine Systemstruktur vereinfacht werden.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann das Wasserstoff-Abgabeventil ein elektromagnetisches Ventil
sein und die Fehlererkennungsvorrichtung kann bestimmen, ob ein
Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten ist, auf Basis der Gas-Zustandsgröße, die durch
die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
erfaßt
worden ist, um eine Änderung
bei einer Eingabe eines Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
zum elektromagnetischen Ventil handzuhaben. Durch Erfassen der Gas-Zustandsgröße, die
durch die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
erfaßt worden
ist, um eine Änderung
bei der Eingabe des Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
an das Wasserstoff-Abgabeventil handzuhaben, kann ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils erfaßt
werden.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
elektromagnetischen Ventils auf Basis einer Änderung der Gas-Zustandsgröße, die
von der Gas-Zustands-Erfassungseinrichtung erfaßt wird, um die Änderung
bei der Eingabe des Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
an das elektromagnetische Ventil handzuhaben, über die Zeit aufgetreten ist.
Durch Erfassen der Änderung der
Gas-Zustandsgröße, die
von der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
erfaßt
wird, um die Änderung
bei der Eingabe des Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
zum Wasserstoff-Abgabeventil handzuhaben, über die Zeit kann ein Fehler
beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils erkannt werden.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann die Gas-Zustandsgröße eine
physikalische Größe sein,
die sich entweder auf eine Wasserstoffkonzentration, eine Strömungsgeschwindigkeit,
einen Druck, einen Anteil eines jeden Bestandteils, eine Temperatur
oder eine dielektrische Konstante des Wasserstoffabgases bezieht.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung zum
Erfassen der Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases
ferner im Abgabedurchlaß bei
einer Position stromaufwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil angeordnet sein, und die Fehlererkennungsvorrichtung
kann gestaltet sein, um einen Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils auf Basis der Gas-Zustandsgröße, die
durch die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung,
die sowohl auf einer stromaufwärtigen
Seite als auch auf einer stromabwärtigen Seite des Wasserstoff-Abgabeventils
angeordnet ist, erfaßt
wird, zu erkennen. Durch Bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils auf Basis der Gas-Zustandsgröße, die
von der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung,
die stromaufwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil
angeordnet ist, erfaßt
wird, und der Gas-Zustandsgröße, die
von der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung,
die stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil
angeordnet ist, erfaßt
wird, aufgetreten ist, kann die Genauigkeit der Bestimmung, ob ein
Fehler aufgetreten ist, verbessert werden.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann ferner eine Gas-Flüssigkeits-Abscheidevorrichtung zum
Trennen des Wasserstoffabgases in Gas und Flüssigkeit bereit gestellt werden,
und die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung
kann die Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases,
das durch die Gas-Flüssigkeits-Abscheidevorrichtung
in Gas und Flüssigkeit
getrennt worden ist, erfassen. Durch Trennen des Wasserstoffabgases
in Gas und Flüssigkeit
kann vermieden werden, daß die
Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
eine fehlerhafte Erkennung macht.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann ein Drucksensor, der einen Druck des Wasserstoffabgases erfaßt, im Abgabedurchlaß bei einer
Position stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil ange ordnet sein. Durch Erfassen des
Drucks des Wasserstoffabgases kann bestimmt werden, ob beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils ein Fehler aufgetreten ist.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann ein Temperatursensor, der eine Temperatur des Wasserstoffabgases
erfaßt,
im Abgabedurchlaß bei
einer Position stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil
angeordnet sein. Durch Erfassen einer Temperatur des Wasserstoffabgases
kann bestimmt werden, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils
aufgetreten ist.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
können
gepaarte Elektroden, die sich gegenüberliegen, in der Mischkammer
angeordnet sein. Durch Erfassen einer Dielektrizitätskonstanten
des Wasserstoffabgases kann bestimmt werden, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten
ist.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann ein Heizdrahtwiderstand, der mit einer Spannungsquelle verbunden
ist, in der Mischkammer angeordnet sein. Durch Erfassen einer Wärmeleitfähigkeit des
Wasserstoffabgases kann durch Erzeugen von Wärme durch den Heizdrahtwiderstand
unter Verwendung von Joule-Wärme
und Messen eines Widerstandswertes bestimmt werden, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten ist.
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Bei
der Fehlererkennungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung
kann eine Einrichtung zur Handhabung eines Fehlers bereit gestellt
werden, wenn die Fehlererkennungsvorrichtung einen Fehler beim Öffnen/Schließen des Wasserstoff-Abgabeventils
erfaßt.
Daher kann die Sicherheit des Brennstoffzellensystems verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird auf
Basis der Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases,
die von der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungsvorrichtung,
die stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil angeordnet ist, erfaßt wird,
bestimmt, ob im Wasserstoff-Abgabeventil
ein Fehler aufgetreten ist. Demgemäß kann ungeachtet des Betriebszustands der
Brennstoffzelle bestimmt werden, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils aufgetreten ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Schema, das eine Struktur eines Brennstoffzellensystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
schematisch darstellt;
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2 zeigt Schaubilder an, von denen eines ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal darstellt,
das einem Wasserstoff-Abgabeventil zugeführt wird, und von denen das
andere eine Änderung
einer Wasserstoffkonzentration darstellt, wobei diese Schaubilder miteinander
korrespondieren;
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3 ist
ein Schema, das im wesentlichen eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
in einer zweiten Ausführungsform
darstellt;
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4 ist
ein Schema, das im wesentlichen eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
in einer dritten Ausführungsform
darstellt;
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5 ist
ein Schema, das im wesentlichen eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
in einer vierten Ausführungsform
darstellt;
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6 ist
ein Schema, das im wesentlichen eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
in einer fünften
Ausführungsform
darstellt; und
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7 ist
ein Schema, das im wesentlichen eine Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
in einer sechsten Ausführungsform
darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnung im Detail beschrieben.
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Zunächst wird
eine erste Ausführungsform der
Erfindung beschrieben. 1 ist ein Schema, das eine Struktur
eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß der ersten Ausführungsform
schematisch darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 ist
ein elektrisches Stromerzeugungssystem zur Montage in einem mit
Brennstoffzellen angetriebenen Elektrofahrzeug. Das Brennstoffzellensystem 10 enthält eine Brennstoffzelle
(Zellenstapel) 20, das elektrischen Strom durch Zuführen von
Reaktionsgas (Brennstoffgas, Oxidationsgas) erzeugt. Die Brennstoffzelle 20 enthält eine
Membran-Elektrodenanordnung (MEA) 24, die durch Ausbilden
einer Anode 22 auf einer Seite einer Polymer-Elektrolyt-Membran 21 und
einer Kathode 23 auf der anderen Seite der Polymer-Elektrolyt-Membran 21 durch
Screen-Printing oder dergleichen aufgebaut ist. Die Polymer-Elektrolyt-Membran 21 ist
aus einer protonen-durchlässigen
Ionenaustausch-Membran
aufgebaut, die aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Kunstharz oder
dergleichen ausgebildet ist. Die Membran-Elektrodenanordnung (MEA) 24 ist
zwischen gerippten Separatoren bzw. Trennelementen (nicht dargestellt)
eingelegt. Ein nutartiger bzw. rillenartiger Anoden-Gaskanal 25 ist
zwischen einem der Separatoren und der Anode 22 ausgebildet,
und ein nutartiger Kathoden-Gaskanal 26 ist zwischen dem
anderen Separator und der Kathode 23 ausgebildet. Hier
ist eine Struktur einer Zelle, die aus der Membran-Elektrodenanordnung 24,
dem Anoden-Gaskanal 25 und dem Kathoden-Gaskanal 26 aufgebaut ist,
zur Einfachheit bzw. zur Erleichterung der Beschreibung schematisch
dargestellt. Tatsächlich
wird jedoch eine Stapelstruktur bereitgestellt, bei der eine Mehrzahl
von Zellen in Serien gestapelt sind, und der gerippte Separator
ist zwischen benachbarten Zellen angeordnet.
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In
einem Brennstoffgas-Zuführsystem
des Brennstoffzellensystems 10 ist ein Brennstoffgas-Durchlaß 31 zum
Zuführen
von Brennstoffgas zum Anoden-Gaskanal 25 und ein Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß 32 zum
Zurückströmenlassen von
Wasserstoffgas, das vom Anoden-Gaskanal 25 abgegeben worden
ist, zum Brennstoffgas-Durchlaß 31,
ausgebildet. Im Brennstoffgas-Durchlaß 31 sind ein Abschaltventil
A1, das die Zufuhr/den Zufuhrstop des Brennstoffgases von einer
Wasserstoff-Zuführvorrichtung 71 steuert,
und ein Regler A2 angeordnet, der einen Druck des Brennstoffgases
einstellt. Im Wasserstoffabgas-Durchlaß 32 ist eine Wasserstoffpumpe
B1 zum Verdichten des Wasserstoffabgases angeordnet, dessen Druck
durch das Hindurchtreten durch den Anoden-Gaskanal 25 abgesunken
ist, um das Wasserstoffabgas zum Brennstoffgas-Durchlaß 31 rückströmen zu lassen.
Ebenfalls ist ein Abgabedurchlaß 33,
der zum Abgeben eines Teils des Wasserstoffabgases auf die Außenseite
des Systems verwendet wird, wenn eine Konzentration der Nicht-Wasserstoffbestandteile,
die im Wasserstoffabgas enthalten sind, hoch wird, mit dem Wasserstoffabgas-Umlaufdurchlaß 32 in
Verbindung. Ein Wasserstoff-Abgabeventil A3 ist im Abgabedurchlaß 33 angeordnet,
um die Menge an Wasserstoffabgas, das abgegeben werden soll, einzustellen.
Als das Wasserstoff-Abgabeventil A3 wird vorzugsweise ein elektromagnetisches
Ventil verwendet. Jedoch kann ein lineares Ventil oder ein AN-/AUS-Ventil verwendet werden.
Ein unteres Ende des Abgabedurchlasses 33 steht mit einer
Mischkammer 50 in Verbindung, und das Wasserstoffabgas,
das durch den Abgabedurchlaß 33 durchströmt, wird
in die Mischkammer 50 eingeleitet. Das Wasserstoffabgas,
das in die Mischkammer 50 eingeleitet wird, wird durch
einen Abgabedurchlaß 51 in
einen Sauerstoffabgas-Durchlaß 42 eingeleitet
und auf die Außenseite
des Systems abgegeben, nachdem dessen Geräusch durch einen Schalldämpfer 52 verringert
worden ist.
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Dabei
werden in einem Oxidationsgas-Zuführsystem des Brennstoffzellensystems 10 ein
Oxidationsgas-Durchlaß zum
Zuführen
von Oxidationsgas zum Kathoden-Gaskanal 26 und
der Sauerstoffabgas-Durchlaß 42 zum
Abgeben des Sauerstoffabgases (Kathodenabgas), das vom Kathoden-Gaskanal 26 abgegeben
wird, ausgebildet. Im Oxi dationsgas-Durchlaß 41 sind ein Luftfilter 72 zum
Filtern von Staub, der in der Luft, die von der Außenseite
eines Fahrzeugs eingeleitet wird, enthalten ist; ein Luftverdichter 73,
der von einem Motor M1 angetrieben wird; ein Luftbefeuchter 74 zum
geeigneten Befeuchten der Luft, die vom Luftverdichter 73 verdichtet
worden ist; und ein Steuerventil A4 angeordnet, das die Menge des
Oxidationsgases, das dem Kathoden-Gaskanal 26 zugeführt werden
soll, einstellt, angeordnet. Im Sauerstoffabgas-Durchlaß 42 ist ein Steuerventil
A5 zum Einstellen eines Drucks und der Luftbefeuchter 74 angeordnet.
Im Luftbefeuchter 74 wird Wasser zwischen dem Sauerstoffabgas,
das vom Wasser, das während
einer Zellenreaktion der Brennstoffzelle 20 erzeugt worden
ist, stark befeuchtet worden ist, und dem Oxidationsgas, das eine
niedrige Feuchtigkeit aufweist, das von der Außenseite des Fahrzeugs aufgenommen
wird, ausgetauscht. Das Sauerstoffabgas, das durch den Sauerstoffabgas-Durchlaß 42 strömt, wird
zur Außenseite
des Systems abgegeben, nachdem dessen Geräusch durch den Schalldämpfer 52 verringert
worden ist.
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Als
Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases
ist ein Wasserstoffsensor S1 in der Mischkammer 50 angeordnet.
Der Wasserstoffsensor S1 wird vorzugsweise bei einer Position stromabwärts vom
Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet. Die Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases,
das auf der stromaufwärtigen
Seite des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 strömt,
beispielsweise eine Wasserstoffkonzentration, eine Strömungsgeschwindigkeit,
ein Druck, ein Anteil eines jeden Bestandteils, eine Temperatur,
verändert
sich fortlaufend gemäß dem Betriebszustand
der Brennstoffzelle 20. Insbesondere verändert sich,
wenn das System in den Übergangszustand
aufgrund von einer Lastschwankung, die durch plötzliches Niedertreten eines
Gaspedals oder dergleichen verursacht wird, gebracht wird, die Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases
wesentlich. Wenn die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung,
wie beispielsweise der Wasserstoffsensor S1, stromaufwärts vom
Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet ist, und die Gas-Zustandsgröße erfaßt wird,
ist es demgemäß schwierig,
einen Fehler beim Öffnen/Schließen des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 im Übergangszustand genau
zu erfassen. Wenn jedoch die Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung stromabwärts vom Wasserstoff-Abgabeventil
A3 angeordnet ist, ist es möglich
zu bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 aufgetreten ist, ungeachtet des Betriebszustandes des
Systems.
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Die
Mischkammer 50 ist eine Gaskammer zum genauen Erfassen
der Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffgases
durch Mischen des Wasserstoffgases, das auf der stromabwärtigen Seite
des Wasserstoff-Abgabeventils A3 strömt, mit dem externen Gas. Bei
der Ausführungsform
wird durch Anordnen des Wasserstoffsensors S1 in der Mischkammer 50 und
Erfassen einer Änderung
in der Wasserstoffkonzentration in der Mischkammer 50 bestimmt,
ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils
A3 aufgetreten ist. Mit der Struktur, bei der nur das Wasserstoffabgas
in die Mischkammer 50 eingeleitet wird, ist es unmöglich, eine Änderung der
Wasserstoffkonzentration aufgrund einer Gasleckage oder dergleichen
vom Wasserstoff-Abgabeventil
A3 zu erfassen. Durch Einleiten des externen Gases in die Mischkammer 50 und
Mischen des externen Gases mit dem Wasserstoffabgas ist es jedoch
möglich,
eine Änderung
der Wasserstoffkonzentration unter Verwendung des Unterschieds in
der Wasserstoffkonzentration zwischen dem Zustand, bei dem das Wasserstoffabgas
mit dem externen Gas gemischt wird, und dem Zustand, bei dem das Wasserstoffabgas
mit dem externen Gas nicht gemischt wird, genau zu erfassen. Die
Art des externen Gases, das mit dem Wasserstoffabgas gemischt werden
soll, ist nicht besonders beschränkt,
solange das Gas kein Problem bei der Erfassung einer Änderung der
Wasserstoffkonzentration verursacht. Beispielsweise vereinfacht
die Verwendung von verdichteter Luft bzw. Druckluft, die durch das
Oxidationsgas-Zuführsystem
der Brennstoffzelle 20 strömt, die Systemstruktur. Bei
der Ausführungsform
wird ein Gaszufuhrdurchlaß 43,
der vom Oxidationsgas-Durchlaß 41 abzweigt
und der mit der Mischkammer 50 in Verbindung steht, ausgebildet
und eine vorbestimmte Strömungsmenge
der verdichteten Luft, die vom Luftverdichter 73 abgegeben
wird, wird in die Mischkammer 50 eingeleitet. 1 stellt
die Struktur dar, bei welcher der Gaszuführ-Durchlaß 43 vom Oxidationsgas-Durchlaß 41 abzweigt
und mit der Mischkammer 50 in Verbindung steht. Dabei kann
der Gaszuführ-Durchlaß 43 vom
Sauerstoffabgas-Durchlaß 42 abzweigen
und mit der Mischkammer 50 in Verbindung stehen. Als das
externe Gas, das in die Mischkam mer 50 eingeleitet werden
soll, wird trockene Luft, die eine Feuchtigkeit, die so niedrig
wie möglich ist,
aufweist, vorzugsweise verwendet, um bei der Erfassung der Wasserstoffkonzentration
kein Problem zu verursachen. Insbesondere ist zu bevorzugen, die verdichtete
Luft, die durch den Oxidationsgas-Durchlaß 41 strömt, die
nicht durch den Luftbefeuchter 74 befeuchtet worden ist,
zu verwenden.
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Eine
PCU (Stromsteuereinheit) 80 ist eine Steuervorrichtung
für elektrischen
Strom, die einen Wechselrichter und einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler
bzw. DC/DC-Wandler enthält. Der
elektrische Strom, der von der Brennstoffzelle 20 erzeugt
wird, wird in einen Wechselstrom (3-Phasen-Strom) durch die PCU 80 gewandelt,
und einem Motor (3-Phasen-Synchronmotor) 82 zum Fahrzeugantrieb
zugeführt.
Der Überschuß des elektrischen Stroms,
der von der Brennstoffzelle 20 erzeugt wird, wird von der
PCU 80 in elektrischen Strom heruntergewandelt, der eine
niedere Spannung aufweist, und einem Akkumulator 81 zugeführt. Der
Akkumulator 81 dient als ein Speicher für regenerative Energie zum
Zeitpunkt der Regeneration einer Bremse und als ein Energiepuffer
zum Zeitpunkt einer Lastschwankung aufgrund von Beschleunigung oder
Verlangsamung des Fahrzeugs. Als der Akkumulator 81 wird
eine Nickel-Cadmium-Speicherbatterie,
eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie, ein Lithium-Akkumulator oder
dergleichen vorzugsweise verwendet.
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Ein
Steuerabschnitt 90 speist ein Sensorsignal, das vom Wasserstoffsensor 51 abgegeben
wird, ein und erfaßt
die Wasserstoffkonzentration des Wasserstoffabgases, als auch die
Steuerung des Abschaltventils A1, des Reglers A2, des Wasserstoff-Abgabeventils A3,
des Steuerventils A4, des Steuerventils A5, der Wasserstoffpumpe
P1, des Motors M1 und der PCU 80 gemäß dem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 10.
Wenn das Wasserstoffabgas abgegeben wird, führt der Steuerabschnitt 90 eine Öffnungs-/Schließsteuerung
des Wasserstoff-Abgabeventils A3 durch Ausgeben eines Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
(Öffnungs-/Schließ-Befehl)
an das Wasserstoff-Abgabeventil A3 durch und dient ebenfalls als
eine Fehlererkennungseinrichtung zum Bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff- Abgabeventils
A3 auf Basis des Sensorsignals, das vom Wasserstoffsensor S1 abgegeben
wird, aufgetreten ist.
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2 stellt eine Änderung der Wasserstoffkonzentration,
die vom Wasserstoffsensor S1 erfaßt wird, wenn das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
in das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 eingespeist wird, dar. Ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 aufgetreten ist, wird dabei durch Einspeisen
des Öffnungs-/Schließ-Steuersignals
in das Wasserstoff-Abgabeventil A3 und Prüfen der Änderung in der Wasserstoffkonzentration
in der Mischkammer 50 zwischen bevor und nachdem das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
eingespeist worden ist, bestimmt. Es ist zu bevorzugen, die Änderung
der Wasserstoffkonzentration durch Einspeisen von Signalen zu erfassen,
die verschiedene Wellenformmuster als das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
aufweisen. Wie es in 2(a) dargestellt
ist, werden beispielsweise die Öffnungs-/Schließ-Steuersignale C1 und
C2 zum Öffnen
des Ventils im Zeitraum vom Zeitpunkt t1 bis t2 und im Zeitraum
von Zeitpunkt t3 und t4 jeweils eingespeist. Dann werden, wie es
in 2(b) dargestellt ist, die Antwort-Wellenformen des
Wasserstoffsensors S1 jeweils als die Antwort-Wellenformen R1 und
R2 erfaßt,
die zum Zeitpunkt t1 und zum Zeitpunkt t3 anzusteigen beginnen. In
diesem Fall wird, wenn die Antwort-Wellenformen R1 und R2 jeweils gleich
oder höher
als eine Schwellenkonzentration A innerhalb einer vorbestimmten Zeit
TA des Zeitpunkts t1 und des Zeitpunkts t3 werden, bestimmt, daß das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 in einem „offenen
Zustand (Normalbetrieb)" ist.
Wenn die Antwort-Wellenformen R1 und R2 gleich oder höher als
eine Schwellenkonzentration B sind und niedriger als die Schwellenkonzentration
A sind, wird bestimmt, daß das
Wasserstoff-Abgabeventil A3 in einem „halboffenen Zustand (halboffener
Fehler)" ist. Wenn
die Antwort-Wellenformen R1 und R2 gleich oder niedriger als die
Schwellenkonzentration B ist, wird bestimmt, daß das Wasserstoff-Abgabeventil A3 in
einem „geschlossenen
Zustand (geschlossener Fehler)" ist.
Wenn die Antwort-Wellenformen R1 und R2 jeweils gleich oder niedriger
als die Schwellenkonzentration B innerhalb einer vorbestimmten Zeit TB
der Zeitpunkte t2 und t4 werden, wird ebenfalls bestimmt, daß das Wasserstoff-Abgabeventil
3 in einem „geschlossenen
Zustand (Normalbetrieb)" ist. Wenn
die Antwort-Wellenformen R1 und R2 gleich oder höher als die Schwellenkonzentration
B und niedriger als die Schwellenkonzentration A ist, wird bestimmt,
daß das
Wasserstoff-Abgabeventil A3 in „halboffenem Zustand (halboffener
Fehler)" ist. Wenn die
Antwort-Wellenformen R1 und R2 gleich oder höher als die Schwellenkonzentration
A sind, wird bestimmt, daß das
Wasserstoff-Abgabeventil
A3 in einem „offenen
Zustand (offener Fehler)" ist.
Wenn beispielsweise ein AN-/AUS-Ventil als das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 verwendet wird, kann bestimmt werden, in welchem Zustand vom „vollständig offenen
Zustand", „halboffenen
Zustand" und „vollständig geschlossenen
Zustand" das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 ist.
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Die
Schwellenkonzentration A ist eine Konzentration zum Bestimmen, ob
ein „offener
Fehler" aufgetreten
ist. Die Schwellenkonzentration B ist eine Konzentration zum Bestimmen,
ob ein „geschlossener
Fehler" aufgetreten
ist. Die Konzentration A ist höher
als die Konzentration B. Der „offene
Fehler" bedeutet
einen Fehlerzustand, bei dem das Wasserstoff-Abgabeventil A3 offen
gehalten wird und nicht geschlossen werden kann. Der „geschlossene
Fehler" bedeutet
einen Fehlerzustand, bei dem das Wasserstoff-Abgabeventil A3 geschlossen
gehalten wird und nicht geöffnet
werden kann.
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Die Öffnungs-/Schließ-Steuersignale
C1 und C2 können
effektiv verwendet werden, ungeachtet dessen, welches Ventil aus
einem AN-/AUS-Ventil oder einem linearen Ventil als das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 verwendet wird. Wenn jedoch das Wasserstoff-Abgabeventil A3 ein
lineares Ventil ist, wie es in 2(a) dargestellt
ist, kann ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
C3 zum Einstellen einer vorübergehenden
Ventilöffnung,
ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
4, dessen ansteigende/abfallende Flanke mit einer gleichbleibenden
Neigung allmählich
abfällt,
oder dergleichen verwendet werden. Wenn bestimmt worden ist, daß ein Fehler im
Ventil aufgetreten ist, ist es mit Bezug auf das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal,
das in das Wasserstoff-Abgabeventil A3 eingespeist wird, zu bevorzugen,
eher eine Variation im Eingabesignal durch Einspeisen der Öffnungs-/Schließ-Steuersignale
bereit zu stellen, die verschiedene Wellenformmuster (beispielsweise
die Öffnungs-/Schließ-Steuersignale
C1, C3 und C4) abwechselnd oder zufällig bei vorbestimmten Intervallen
bereit stellen, als Signale fortlaufend einzuspei sen, die ein gleichbleibendes
Wellenformmuster aufweisen (beispielsweise nur die Öffnungs-/Schließ-Steuersignale
C1 und C2). Daher kann die Bestimmung, ob ein Fehler aufgetreten
ist, weiter genau vorgenommen werden. Wenn beispielweise ein lineares
Ventil als das Wasserstoff-Abgabeventil A3 verwendet wird, ist es
ebenfalls möglich zu
bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 aufgetreten ist, auf Basis der Gas-Zustandsgröße (einer
Konzentration, einer Strömungsgeschwindigkeit,
eines Druck, eines Anteils eines jeden Bestandteils, einer Temperatur,
einer Dielektrizitätskonstanten
oder dergleichen) bei einer Position stromabwärts vom Wasserstoffabgasventil
A3, wenn das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal,
das in das Wasserstoff-Abgabeventil A3 eingespeist wird, vom Öffnungs-/Schließ-Steuerventil
zum Erreichen einer Öffnung
von 30% zum Öffnungs-/Schließ-Steuersignal zum
Erreichen einer Öffnung
von 80% umgeschaltet wird, und einer Änderung der Gas-Zustandsgröße mit der
Zeit. In diesem Fall ist es möglich,
einen Grad der Öffnung
des Wasserstoff-Abgabeventils A3, bei dem ein Fehler auftritt, zu
bestimmen. Daher ist es möglich,
die Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Fehler aufgetreten ist, zu
verbessern.
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Wenn
beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 ein Fehler erfaßt wird, führt der Steuerabschnitt 90 die
nachfolgenden verschiedenen Vorgänge
aus, um den Fehler handzuhaben. Der Steuerabschnitt 90 (1)
verhindert, daß Wasserstoff
auf die Außenseite
des Systems ausströmt, durch
Schließen
des Abschaltventils A1, das eine Brennstoffgas-Zuführquelle
ist, um eine Herabsetzung der Brennstoffwirtschaftlichkeit zu unterdrücken, (2)
unterdrückt
die Erzeugung von elektrischem Strom durch die Brennstoffzelle 20,
(3) steuert die PCU 80, um den Motor 82 unter
Verwendung von elektrischem Strom, der im Akkumulator 81 gespeichert
ist, anzutreiben, und (4) zeigt dem Fahrer unter Verwendung einer
Anzeige oder eines Alarmlauts an, daß ein Fehler im Wasserstoff-Abgabeventil
A3 aufgetreten ist. Wie es oben beschrieben worden ist, dient der
Steuerabschnitt 90 ebenfalls als eine Vorrichtung zur Handhabung
eines Fehlers.
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Ob
ein Fehler beim Öffnen/Schließen des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 aufgetreten ist, wird gemäß der Ausführungsform
auf Basis eines Signals bestimmt, das vom Wasserstoffsensor S1,
der stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet ist, ausgegeben wird.
Es ist daher möglich
zu bestimmen, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 aufgetreten ist, nicht nur, wenn der Betrieb der Brennstoffzelle 20 beendet ist,
sondern auch, wenn die Brennstoffzelle 20 im Übergangszustand
betrieben wird. Ebenfalls werden das Wasserstoffabgas und das externe
Gas in die Mischkammer 50 eingeleitet. Es ist daher möglich, eine Änderung
in der Wasserstoffkonzentration auf Basis der Differenz der Wasserstoffkonzentration zwischen
dem Zustand, wenn das Wasserstoffabgas mit dem externen Gas gemischt
ist, und dem Zustand, wenn das Wasserstoffabgas nicht mit dem externen
Gas gemischt ist, genau zu erfassen. Durch Verwendung des Wasserstoffsensors
S1 ist es ebenfalls möglich,
eine minutiöse
Leckage aufgrund des Eindringens einer Fremdsubstanz zu erfassen,
die für
den Drucksensor schwer zu erfassen ist.
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Es
ist zu beachten, daß in
der Ausführungsform
die Wasserstoffkonzentration als die Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffgases
erfaßt
wird. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Als die
Gas-Zustandsgröße des Wasserstoffabgases kann
eine physikalische Größe, wie
beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit,
ein Druck, ein Anteil eines jeden Bestandteils, eine Temperatur,
eine Dielektrizitätskonstante
oder dergleichen des Wasserstoffabgases verwendet werden.
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Nachfolgend
wird eine zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 3 ist ein
Schema, das eine Struktur einer Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform
darstellt. In der Ausführungsform
ist ein Drucksensor S2, der einen Druck des Wasserstoffabgases erfaßt, im Abgabedurchlaß 33 bei
einer Position stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet. In Kartendaten 90a wird
ein Druck P, der erfaßt
wird, wenn eine Gasleckage im Wasserstoff-Abgabeventil A3 nicht aufgetreten ist,
als ein Referenzdruck verwendet, und der Umfang bzw. Betrag der
Gasleckage, der mit dem Druckanstieg mit Bezug auf den Referenzdruck
korrespondiert, wird aufgezeichnet. Der Steuerabschnitt (Fehlererkennungseinrichtung) 90 stellt
dem Wasserstoff-Abgabeventil A3 ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal bereit, erfaßt eine Änderung
des Drucks zwischen bevor und nachdem das Öffnungs-/Schließ-Steuersignal bereit
gestellt worden ist, und bestimmt, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 in bezug auf die Kartendaten 90a aufgetreten ist.
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Nachfolgend
wird eine dritte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 4 ist ein
Schema, das eine Struktur der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform
darstellt. In der Ausführungsform
ist ein Temperatursensor S3, der eine Temperatur des Wasserstoffabgases
erfaßt,
im Abgabedurchlaß 33 bei
einer Position stromaufwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet, und ein Temperatursensor
S4 ist im Abgabedurchlaß 33 bei
einer Position stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil A3 angeordnet. Wenn die Temperatur,
die vom Temperatursensor S3 erfaßt worden ist, durch TX angezeigt
wird, und die Temperatur, die durch den Temperatursensor S4 erfaßt wird,
durch TV angezeigt wird, ist TX gleich TV (TX = TV) in dem Zustand,
bei dem das Wasserstoff-Abgabeventil A3 geöffnet ist. Andererseits ist
in dem Zustand, bei dem das Wasserstoff-Abgabeventil A3 geschlossen
ist, TX höher
als TV (TX > TV),
da die Temperatur des Wasserstoffabgases aufgrund der Wärme, die
durch die Zellenreaktion erzeugt worden ist, angehoben worden ist.
Durch Erfassen einer Differenz zwischen der Temperatur TX und der
Temperatur TV kann eine Gasleckage vom Wasserstoff-Abgabeventil
A3 erfaßt
werden. Der Umfang der Gasleckage, der mit der Differenz der Temperatur (TX – TV) korrespondiert,
wird in den Kartendaten 90b aufgezeichnet. Wenn die Differenz
der Temperatur (TX – TV)
kleiner wird, wird der Umfang der Gasleckage größer. Wenn andererseits der
Unterschied der Temperatur (TX – TV)
größer wird,
wird der Umfang der Gasleckage kleiner.
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Der
Steuerabschnitt (Fehlererkennungseinrichtung) 90 stellt
dem Wasserstoff-Abgabeventil
A3 ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
bereit, erhält
die Differenz der Temperatur (TX – TV) gemäß der Signale, die von den
Temperatursensoren S3 und S4 ausgegeben werden, und erkennt, ob
ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils
A3 in bezug auf die Kartendaten 90b aufgetreten ist. Wenn
ein vorbestimmter Grenzwert für
die Differenz der Temperatur (TX – TV) eingestellt ist, kann
auf Basis der Differenz der Temperatur (TX – TV) bestimmt werden, in welchem
Zustand aus dem „vollständig geöffneten
Zustand", „halbgeöffneten
Zustand" und „vollständig geschlossenen
Zustand" das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 ist. Durch Anordnen der Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung nicht nur
auf der stromaufwärtigen
Seite, sondern auch auf der stromabwärtigen Seite des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 ist es möglich,
genau zu bestimmen, in welchem Zustand von dem „vollständig geöffneten Zustand", „halbgeöffneten
Zustand" und „vollständig geschlossenen
Zustand" das Wasserstoff-Abgabeventil
A3 ist. Es ist zu beachten, daß der
Temperatursensor S3 nicht notwendigerweise bereit gestellt wird,
und der Temperatursensor S3 kann weggelassen werden, und die Bestimmung,
ob ein Fehler im Wasserstoff-Abgabeventil A3 aufgetreten ist, kann nur
unter Verwendung des Temperatursensors S4 gemacht werden.
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Nachfolgend
wird eine vierte Ausführungsform
der Erfindung beschreiben. 5 ist ein
Schema, das eine Struktur einer Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung gemäß der vierten
Ausführungsform
darstellt. In der Ausführungsform
sind gepaarte Elektroden S5 und S6, die einander gegenüberliegen,
in der Mischkammer 50 angeordnet. Die Dielektrizitätskonstante
des Gases schwankt zwischen dem Zustand, bei dem nur das externe
Gas in die Mischkammer 50 eingeleitet wird, und dem Zustand, bei
dem das Wasserstoffabgas mit dem externen Gas gemischt ist. Daher
kann durch Ablesen einer Änderung
der Kapazität
eines Kondensators, der zwischen den Elektroden S5 und S6 angeordnet
ist, bestimmt werden, ob ein Fehler im Wasserstoff-Abgabeventil
A3 aufgetreten ist. Der Steuerabschnitt (Fehlererkennungseinrichtung) 90 stellt
dem Wasserstoff-Abgabeventil
A3 ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
bereit, erfaßt
eine Änderung
der Kapazität
des Kondensators zwischen bevor und nachdem das Öffnungs-/Schließ-Steuerventil bereit
gestellt worden ist, und bestimmt, ob beim Öffnen/Schließen des Wasserstoff-Abgabeventils
A3 ein Fehler aufgetreten ist.
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Nachfolgend
wird eine fünfte
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 6 ist ein
Schema, das eine Struktur einer Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung gemäß der fünften Ausführungsform
darstellt. In der Ausführungsform
ist ein Heizdrahtwiderstand RX, der mit einer Spannungsquelle V
verbunden ist, in der Mischkammer 50 angeordnet, und der
Heizdrahtwiderstand RX dient dazu, Wärme unter Verwendung von Joule-Wärme zu erzeugen.
In dem Zustand, bei dem das Wasserstoffabgas mit dem externen Gas
gemischt ist, ist die Wärmeleitfähigkeit
des Heizdrahtwiderstands RX hoch im Vergleich zu dem Fall, bei dem
nur das externe Gas in die Mischkammer 50 eingeleitet wird.
Demgemäß sinkt
ein Widerstandswert R des Heizdrahtwiderstands RX. Wenn ein Fehler
beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 auftritt und das Wasserstoffabgas ausströmt, sinkt
der Widerstandswert R des Heizdrahtwiderstands RX. Daher kann durch
Erfassen des Widerstandswertes R bestimmt werden, ob ein Fehler
beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils A3 aufgetreten ist. Der Widerstandswert
R kann durch Teilen einer Spannung, die von der Spannungsquelle
V ausgegeben wird, durch einen Stromwert, der von einem elektrischen
Stromsensor S7 gelesen wird, erhalten werden. Der Umfang der Gasleckage,
der mit dem Widerstandswert des Heizwiderstands RX korrespondiert,
wird in den Kartendaten 90c aufgezeichnet. Der Steuerabschnitt
(Fehlererkennungseinrichtung) 90 stellt dem Wasserstoff-Abgabeventil A3 ein Öffnungs-/Schließ-Steuersignal
bereit, erhält
einen Umfang der Änderung
im Widerstandswert R zwischen bevor und nachdem die Öffnungs-/Schließ-Steuerung bereit
gestellt worden ist, und bestimmt, ob ein Fehler beim Öffnen/Schließen des
Wasserstoff-Abgabeventils in bezug auf die Kartendaten 90c aufgetreten
ist.
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Nachfolgend
wird eine sechste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. 7 ist ein
Schema, das eine Struktur einer Gas-Zustandsgrößen-Erfassungseinrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform
darstellt. In der Ausführungsform
ist ein Gas-Flüssigkeits-Abscheider 60 im
Abgabedurchlaß 33 bei
einer Position stromabwärts
vom Wasserstoff-Abgabeventil A3 und stromaufwärts vom Wasserstoffsensor A1
angeordnet, und Wasser, das im Wasserstoffabgas enthalten ist, wird
in Gas und Flüssigkeit
getrennt. Wenn ein Wassertropfen und dergleichen am Wasserstoffsensor
S1 anhängen,
wird ein Problem bei der Erfassung der Wasserstoffkonzentration
verursacht. Durch Trennen des Wasserstoffabgases in Gas und Flüssigkeit
im voraus, ist es jedoch möglich,
die Wasserstoffkonzentration genau zu messen. Als der Gas-Flüssigkeits-Abscheider 60 kann
ein Zyklonabscheider, der Wasser in Gas und Flüssigkeit durch Wirbeln des
Wasserstoffabgases bei einer hohen Geschwindigkeit und Abfließenlassen
des Wassers in einer Zentrifugalrichtung trennt, ein Wärmetauscher-Gas- Flüssigkeits-Abscheider durch
Luftkühlen
oder Wasserkühlen
oder dergleichen verwendet werden.
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Als
Gas-Flüssigkeits-Abscheideeinrichtung kann
in Ergänzung
zum Gas-Flüssigkeits-Abscheider 60 beispielsweise
eine gasdurchlässige
Abdeckung 61 an einer Position stromaufwärts vom
Wasserstoffsensor S1 angeordnet sein. Ferner kann der Wasserstoffsensor
S1 mit einer sackförmigen
gasdurchlässigen
Abdeckung 62 bedeckt sein. Vorzugsweise sind die gasdurchlässigen Abdeckungen 61 und 62 aus wasserstoffdurchlässigem Material
hergestellt. Jedoch können
die gasdurchlässigen
Abdeckungen 61 und 62 aus gasdurchlässigem Material
hergestellt sein, das nur Wasser entfernt. Als ein derartiges Material
wird beispielsweise Gore-TexTM geeignet
verwendet.