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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung
JP 2014-231883 A , deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren bzw. Luftsystemanomalie-Bestimmungsverfahren bzw. Luftsystemunregelmäßigkeit-Bestimmungsverfahren.
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Stand der Technik
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Wie beispielsweise in der
JP 2012-4138 A beschrieben ist, wird in einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem nach einem Bestimmen, ob ein Brennstoffzelle in einem vorübergehenden Betrieb ist, ein Solldruckwert der Luft als ein Oxidationsgas derart erhöht, dass er höher als ein Solldruckwert während eines normalen Betriebs wird. Dies verhindert eine signifikante Reduzierung einer Ausgabespannung der Brennstoffzelle in dem Fall, in dem das Luftzufuhrsystem einen Fehler bzw. Anomalie bzw. Unregelmäßigkeit hat, wodurch der Betrieb der Brennstoffzelle stabil fortgesetzt werden kann.
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Kurzfassung
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Das Brennstoffzellensystem stellt generell fest, ob das Luftsystem einen Fehler ansprechend auf einen Anstieg des inneren Drucks in dem Luftsystem auf einen ungewöhnlich hohen Stand hat. Das in der
JP 2012-4138 A beschriebene Brennstoffzellensystem kann jedoch eine solche Feststellung nicht durchführen, da der Solldruckwert der Luft während des vorübergehenden Betriebs erhöht wird. Die Feststellung des Luftdrucks während des vorübergehenden Betriebs wurde nicht ausreichend untersucht. Demzufolge gibt es einen Bedarf eine Technik zu schaffen, die auch einen zeitweisen Anstieg des Luftdrucks während einem vorübergehenden Betrieb als einen Fehler feststellen kann.
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Um zumindest einen Teil der obigen Probleme zu lösen kann die Erfindung durch alle der folgenden Aspekte implementiert werden.
- (1) Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, dass eine Brennstoffzelle enthält. Das Brennstoffzellensystem kann ein Luftsystem, das derart konfiguriert ist, dass es der Brennstoffzelle die Luft zuführt und die Luft von der Brennstoffzelle auslässt; eine Druckerfassungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie einen inneren Druck in dem Luftsystem erfasst; einen Druckreduzierkontroller, der derart konfiguriert ist, dass er einen inneren Druck in dem Luftsystem auf einen Solldruckreduzierwert reduziert, wenn der erfasste Druck höher als ein erster Fehlererfassungswert bzw. Anomalieerfassungswert bzw. Unregelmäßigkeitserfassungswert während einer vordefinierten Zeitspanne wird; und eine erste Bestimmungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler bzw. Anomalie bzw. Unregelmäßigkeit hat, nach einem Bestimmen der Anzahl von Bestimmungen bzw. der Vorkommenshäufigkeit, dass der erfasste Druck höher als der erste Fehlererfassungswert wird, gleich oder höher einer vordefinierte Anzahl während der vordefinierten Zeitspanne ist, aufweisen. In dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts reduziert der Druckreduzierkontroller jedes Mal, wenn der innere Druck in dem Luftsystem höher als der erste Fehlererfassungswert wird, den inneren Druck in dem Luftsystem auf den Solldruckreduzierwert. Dies schützt die Brennstoffzelle von einer Anwendung eines hohen Drucks. Zusätzlich wird, nach einem Bestimmen, dass die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der innere Druck in dem Luftsystem höher als der erste Fehlererfassungswert wird, gleich oder höher der vordefinierten Anzahl während der vordefinierten Zeitspanne ist, bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler hat. Dies ermöglicht die zuverlässige Feststellung einer häufigen zeitweisen Druckerhöhung während dem vorübergehenden Betrieb als einen Fehler.
- (2) Das Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts kann nach einem Abschließen der Druckreduktion durch den Druckreduzierkontroller eine Steuerung des inneren Drucks in dem Luftsystem auf eine normale Steuerung auf Basis einer Betriebsbedingung der Brennstoffzelle zurückbringen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ermöglicht, dass die Steuerung der Druckreduzierkontrolle durch den Druckreduzierkontroller unmittelbar auf die normale Steuerung zurückgeht. Dies ermöglicht, dass der Betrieb des Brennstoffzellensystems stabil fortgesetzt werden kann.
- (3) Das Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts kann weiter eine zweite Bestimmungseinheit aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler hat, wenn der durch die Druckerfassungseinheit erfasste Druck höher als ein zweiter Fehlererfassungswert wird, der höher als der erste Fehlererfassungswert ist. Wenn der Druck extrem hoch ist, da er höher als der zweite Fehlererfassungswert ist, bestimmt das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts unmittelbar, dass das Luftsystem fehlerhaft ist.
- (4) In dem Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts kann die vordefinierte Zeitspanne eine Zeitspanne sein, in der die Brennstoffzelle in einem Leistungserzeugungsbetrieb ist. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler hat, indem es die Anzahl zählt, wenn der innere Druck in dem Luftsystem höher als der erste Fehlererfassungswert während eines Leistungserzeugungsbetriebs der Brennstoffzelle wird. Dies verbessert die Genauigkeit der Bestimmung.
- (5) Das Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts kann eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle anhalten, wenn bestimmt wird, dass das Luftsystem einen Fehler hat. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts hält die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle nach einem Bestimmen an, dass das Luftsystem fehlerhaft ist. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems.
- (6) Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren in einem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das eine Brennstoffzelle, ein Luftsystem, das derart konfiguriert ist, dass es die Luft der Brennstoffzelle zuführt und die Luft von der Brennstoffzelle auslässt, und eine Druckerfassungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie einen inneren Druck in dem Luftsystem erfasst, enthält. Das Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren kann aufweisen: ein Reduzieren des inneren Drucks in dem Luftsystem auf einen Solldruckreduzierwert, wenn der erfasste Druck höher als ein erster Fehlererfassungswert bzw. Anomalieerfassungswert bzw. Unregelmäßigkeitserfassungswert während einer vordefinierten Zeitspanne wird; und ein Bestimmen, dass das Luftsystem einen Fehler bzw. Anomalie bzw. Unregelmäßigkeit hat, nach einem Bestimmen, dass die Anzahl von Bestimmungen, dass der erfasste Druck höher als der erste Fehlererfassungswert wird, gleich oder höher einer vordefinierte Anzahl während der vordefinierten Zeitspanne ist. Wie das Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts schützt das Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren dieses Aspekts die Brennstoffzelle vor einer Anwendung eines hohen Drucks. Zusätzlich ermöglicht dies, dass eine häufige zeitweise Druckerhöhung während dem vorübergehenden Betrieb zuverlässig als ein Fehler festgestellt werden kann.
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Die Erfindung kann durch weitere Aspekte als dem Brennstoffzellensystem und dem oben beschriebenen Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren implementiert werden, wie beispielsweise einem Fahrzeug mit einem daran angebrachten Brennstoffzellensystem, einem Rechnerprogramm, dass die Funktionen entsprechend den jeweiligen Schritten des Luftsystemfehler-Bestimmungsverfahren implementiert, und einem nicht temporärem Speichermedium, in dem das Rechnerprogramm gespeichert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
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2 ist ein Flussdiagramm, das einen Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess darstellt.
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Das Nachfolgende beschreibt eine Ausführungsform der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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A. Hardware Konfiguration
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1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 20 ist ein vierrädriges Fahrzeug und enthält ein Brennstoffzellensystem 30, eine Batterie 80, einen Leistungszufuhrmechanismus 85 und einen Antriebsmechanismus 90.
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Das Brennstoffzellensystem 30 enthält einen Brennstoffzellenstapel 40, einen Wasserstoffgaszufuhrauslassmechanismus 50, einen Luftzufuhrauslassmechanismus 60, einen Kühlwasserzirkulationsmechanismus 70 und eine Steuereinheit 100.
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Der Brennstoffzellenstapel 40 ist eine Einheit, die Elektrizität über eine elektrochemische Reaktion aus Wasserstoff und Sauerstoff generiert und ist durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 41 konfiguriert. Die Einheitszelle 41 besteht hauptsächlich aus einer Anode, einer Kathode, einem Elektrolyt sowie Separatoren. Der Brennstoffzellenstapel 40 kann jede Art von Brennstoffzelle sein, aber ist gemäß dieser Ausführungsform eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle.
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Der Wasserstoffgaszufuhrauslassmechanismus 50 ist derart konfiguriert, um dem Brennstoffzellenstapel 40 Wasserstoffgas zuzuführen und von demselben auszulassen. Das Wasserstoffgas dabei bedeutet ein wasserstoffreiches Gas und ist nicht auf reinen Wasserstoff beschränkt. Der Wasserstoffgaszufuhrauslassmechanismus 50 enthält einen Wasserstofftank 51, eine Wasserstoffgaszufuhrleitung 52, eine Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 und eine Wasserstoffgasauslassleitung 54.
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Der Wasserstofftank 51 ist derart konfiguriert, dass er Hochdruckwasserstoffgas speichert. Die Wasserstoffgaszufuhrleitung 52 ist ein Rohr, das angeordnet ist, um das in dem Wasserstofftank 51 gespeichert Wasserstoffgas dem Brennstoffzellenstapel 40 zuzuführen. Die Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 ist ein Rohr, das angeordnet ist, um das Wasserstoffgas, das nicht verbraucht wird, sondern von dem Brennstoffzellenstapel 40 ausgegeben wird, zu der Wasserstoffgaszufuhrleitung 52 zu zirkulieren. Die Wasserstoffgasauslassleitung 54 ist ein Rohr, das angeordnet ist, um die Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 mit einer Luftauslassleitung 66 (nachfolgend beschrieben), die in dem Luftzufuhrauslassmechanismus 60 angeordnet ist, zu verbinden.
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Ein Injektor 55, der als ein Wasserstoffgaszufuhrventil fungiert, ist in der Wasserstoffgaszufuhrleitung 52 stromaufwärts von einem Verbindungspunkt X der Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 und der Wasserstoffgaszufuhrleitung 52 angeordnet. Der Injektor 55 verändert eine Ventilöffnungsfläche (Ventil-Öffnungs-Stellung) und/oder eine Ventilfreigabezeit, um eine benötigte Strömungsrate von Wasserstoffgas stromabwärts zuzuführen, um so die Gasströmungsrate (oder Molarkonzentration von Wasserstoff), das stromabwärts zugeführt wird, anzupassen.
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Der Wasserstoffgaszufuhrauslassmechanismus 50 enthält auch einen Drucksensor 56. Der Drucksensor 56 ist derart angeordnet, um den Druck von Wasserstoffgas in der Wasserstoffgaszufuhrleitung 52 stromabwärts von dem Verbindungspunkt X zu erfassen.
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Eine Wasserstoffzirkulationspumpe 57 ist in der Wasserstoffgaszufuhrleitung 53 stromabwärts von einem Verbindungspunkt Y der Wasserstoffgasauslassleitung 54 und der Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 angeordnet. Die Wasserstoffzirkulationspumpe 57 fungiert derart, um das Wasserstoffgas in der Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 zu zirkulieren. Ein Entlüftungsventil 58 ist in der Mitte der Wasserstoffgasauslassleitung 54 angeordnet. Das Entlüftungsventil 58 wird in dem Fall geöffnet, wenn eine Menge von Verunreinigungen in der Wasserstoffgaszirkulationsleitung 53 ansteigt, um die Verunreinigungen von der Luftauslassleitung 66 auszulassen.
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Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 ist derart konfiguriert, um die Luft als Oxidationsgas der Brennstoffzelle 40 zuzuführen und von derselben auszulassen und enthält eine Luftzufuhrleitung 61, eine Luftauslassleitung 66 und eine Bypassleitung 69 bzw. Umgehungsleitung. Die Luftzufuhrleitung 61 und die Luftauslassleitung 66 sind als Strömungsleitungen angeordnet, die jeweils den Brennstoffzellenstapel 40 mit einer Luftöffnung der Luftzufuhrleitung 61 und mit einer Luftöffnung der Luftauslassleitung 66 verbinden. Ein Luftreiniger (nicht dargestellt) ist an der Luftöffnung der Luftzufuhrleitung 61 ausgebildet. Die Bypassleitung 69 ist als eine Strömungsleitung ausgebildet, die die Luftzufuhrleitung 61 mit der Luftauslassleitung 66 verbindet.
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Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 enthält auch einen Luftkompressor 62. Der Luftkompressor 62 ist in der Mitte der Luftzufuhrleitung 61 angeordnet, um die Luft über die Luftöffnung der Luftzufuhrleitung 61 aufzunehmen und verdichtet die aufgenommene Luft. Die Stelle, an der der Luftverdichter 62 platziert ist, ist die Position, die näher an der Luftöffnung als ein Verbindungspunkt der Luftzufuhrleitung 61 und der Bypassleitung 69 ist.
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Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 enthält weiter ein die Strömung trennendes Absperrventil bzw. Strömungtrennungsabsperrventil 63. Das Strömungtrennungsabsperrventil 63 ist an dem Verbindungspunkt der Luftzufuhrleitung 61 und der Bypassleitung 69 angeordnet, um die Strömung der von dem Luftkompressor 62 verdichteten Luft in eine stromabwärtige Seite der Luftzufuhrleitung 61 und der Bypassleitung 69 zu trennen. Dieses Ventil wird Drei-Wege-Ventil genannt. Die „Strömungstrennung” dabei enthält nicht nur ein Verteilen der Strömungsrate zu zwei Abzweigungen, sondern auch ein Verteilen der gesamten (100%) Strömungsrate zu einer der zwei Abzweigungen. Wenn das Strömungstrennungsabsperrventil 63 eine Ventilöffnung von 100% aufweist, werden 100% der Strömung der verdichteten Luft von dem Luftkompressor 62 dem Brennstoffzellenstapel 40 zugeführt.
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Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 enthält zusätzlich einen Drucksensor 65, der als eine Druckerfassungseinheit fungiert. Der Drucksensor 65 erfasst den Luftdruck in der Luftzufuhrleitung 61 zwischen dem Luftkompressor 62 und dem Strömungstrennungsabsperrventil 63.
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Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 enthält auch ein Druckregelabsperrventil 67. Das Druckregelabsperrventil 67 ist in der Luftauslassleitung 66 angeordnet, um den Strömungsabschnittsbereich der Luftauslassleitung 66 in Abhängigkeit der Ventilöffnungsposition zu regulieren.
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Die über das Druckregelabsperrventil 67 strömende Luft strömt über den Verbindungspunkt der Bypassleitung 69 und der Luftauslassleitung 66 und wird über die Luftöffnung der Atmosphäre bzw. Umgebung ausgelassen. Der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 entspricht dem übergeordneten Konzept des „Luftsystems”.
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Der Kühlwasserzirkulationsmechanismus 70 ist derart konfiguriert, um den Brennstoffzellenstapel 40 runter zu kühlen und enthält einen Radiator 71 und eine Kühlwasserzirkulationspumpe 72. Der Kühlwasserzirkulationsmechanismus 70 ist derart konfiguriert, um das Kühlwasser zwischen den Einheitszellen 41 und dem Radiator 71 zu zirkulieren, wodurch die Betriebstemperatur der Einheitszellen 41 gesteuert wird. Eine solche Zirkulation des Kühlwassers erreicht eine Absorption der Wärme der Einheitszellen 41 und gibt die Wärme an dem Radiator 71 ab.
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Der Leistungszufuhrmechanismus 85 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 40 verbunden, um von dem Brennstoffzellenstapel 40 generierte elektrische Leistung elektrisch angetriebenen Geräten zuzuführen. Beispiele für die elektrisch angetriebenen Geräte enthalten einen Motor 91 zum Antreiben von Antriebsrädern 92 und einen Kompressor für eine Klimaanlage (nicht dargestellt). Der Leistungszufuhrmechanismus 85 ist derart konfiguriert, um, zusätzlich zu dem Brennstoffzellensystem 30, elektrische Leistung zu der Batterie 80 und von derselben zu übertragen. Die Batterie 80 ist eine aufladbare und endladbare Sekundärbatterie und kann beispielsweise eine Nickel-Hybrid-Batterie sein.
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Der Betrieb des Brennstoffzellensystems 30 wird durch die Steuereinheit 100 gesteuert. Die Steuereinheit 100 wird durch einen Mikrorechner implementiert, der eine CPU, einen RAM und einen ROM enthält. Die Steuereinheit 100 steuert beispielsweise den Betrieb des Injektors 55, den Betrieb der jeweiligen Ventile 58, 63 und 67 und den Betrieb der Pumpe 57 sowie des Luftkompressors 62 in dem Brennstoffzellensystem 30. Um eine solche Steuerung durchzuführen, gibt die Recheneinheit 100 verschiedene Signale ein. Die Signale enthalten beispielsweise Ausgabesignale von den Drucksensoren 56 und 65, einem Spannungssensor 43, der derart konfiguriert ist, dass er eine Leistungserzeugungsspannung des Brennstoffzellenstapels 40 erfasst, und einen Startschalter 110, der derart konfiguriert ist, dass er den Brennstoffzellenstapel 40 startet. Der Startschalter 110 ist in einer Betriebseinheit in einer Fahrgastzelle angeordnet und wird durch den Fahrer betrieben.
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Die Steuereinheit 100 führt eine „normale Steuerung”, die einen Solldruckwert des Luftdrucks, der von dem Luftkompressor 62 zugeführt wird, auf Basis der Betriebsbedingung des Brennstoffzellenstapels 40, als eine Druckkontrolle in dem Luftsystem durch. Die normale Steuerung enthält eine Steuerung, die den Solldruckwert erhöht, so dass er höher als der Solldruckwert in einem normalen Betrieb ist (Betrieb bei konstanter Geschwindigkeit oder Verzögerungsbetrieb), wenn der Brennstoffzellenstapel 40 in einem vorübergehenden Betrieb ist, d. h., das Brennstoffzellenfahrzeug 20 beschleunigt wird.
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Die Steuereinheit 100 enthält einen Druckreduzierkontroller 102 und eine erste Bestimmungseinheit 104 als funktionale Komponenten. Der Druckreduzierkontroller 102 ist derart konfiguriert, dass dieser den inneren Druck des Luftzufuhrauslassmechanismus 60 auf einen Solldruckreduzierwert reduziert, wenn der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck höher als ein vorläufiger bzw. vorsichtiger Fehlererfassungsgrenzwert bzw. Anomlieerfassungsgrenzwert bzw. Unregelmäßigkeitserfassungsgrenzwert in einer vordefinierten Zeitspanne ist, wenn sich das Brennstoffzellensystem 30 in einem Leistungserzeugungsbetrieb befindet (nachfolgend wird diese Zeitspanne als eine „Leistungserzeugungsbetriebsphase” bezeichnet). Die erste Bestimmungseinheit 104 ist derart konfiguriert, dass sie, nach einem Bestimmen, dass die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert wird, gleich oder höher einer vordefinierten Anzahl während der Leistungserzeugungsbetriebsphase ist, bestimmt, dass der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 einen Fehler bzw. Anomalie bzw. Unregelmäßigkeit hat. Das Nachfolgende beschreibt die Konfiguration der jeweiligen funktionalen Komponenten 102 und 104 im Detail.
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B. Steuerung im Luftsystem
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2 ist ein Flussdiagramm, das einen Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess darstellt. Der Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess bzw. Luftsystemanomalie-Bestimmungsprozess bzw. Luftsystemunregelmäßigkeit-Bestimmungsprozess wird ansprechend auf ein Erfassen eines An-Betriebs des Startschalters 110 durch die Steuereinheit 100 ausgelöst. Bei dem Start des Prozessflusses bestimmt die Steuereinheit 100 zuerst, ob eine Fehlererfassungsbedingung bzw. Anomalieerfassungsbedingung bzw. Unregelmäßigkeitserfassungsbedingung erfüllt ist (Schritt S110). Gemäß dieser Ausführungsform ist die Fehlererfassungsbedingung, dass „sich der Brennstoffzellenstapel 40 in einem Leistungserzeugungsbetrieb” befindet. Es wird bestimmt, dass der Brennstoffzellenstapel 40 in einem Leistungserzeugungsbetrieb ist, indem zwischen einer durch den Spannungssensor 43 erfassten Leerlaufspannung (OCV) des Brennstoffzellenstapels 40 und einem Referenzwert vergleichen wird.
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Die Fehlererfassungsbedingung bei dem Schritt S110 kann zwei Bedingungen enthalten, dass „sich der Brennstoffzellenstapel 40 in einem Leistungserzeugungsbetrieb befindet” und „die Batteriespannung (+B) der Batterie 80 gleich oder höher einem vordefiniertem Wert ist”, anstelle nur einer Bedingung, dass „sich der Brennstoffzellenstapel 40 in einem Leistungserzeugungsbetrieb” befindet. Wenn die Batteriespannung (+B) geringer als der vordefiniert Wert ist, kann der Sollwert des Luftdruck zwangsweise erhöht werden, um die Ausgabe des Brennstoffzellenstapels 40 zu erhöhen. In diesem Fall kann die Bedingung, dass „die Batteriespannung (+B) der Batterie 80 gleich oder höher einem vordefiniertem Wert ist” von der Fehlererfassungsbedingung ausgeschlossen werden.
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Wenn bei dem Schritt S110 bestimmt wird, dass die Fehlererfassungsbedingung nicht erfüllt ist, d. h., wenn bestimmt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 40 nicht in einem Leistungserzeugungsbetrieb ist, löscht die Steuereinheit 100 einen Zählwert CNT zur Fehlererfassung auf einen Wert 0 (Schritt S120). Der Zählwert CNT wird in dem RAM der Steuereinheit 100 vorgesehen. Nach dem Prozess aus Schritt S120 beendet die Steuereinheit 100 diesen Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess.
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Wenn bei dem Schritt S110 bestimmt wird, dass die Fehlererfassungsbedingung erfüllt ist, d. h., wenn bestimmt wird, dass der Brennstoffzellenstapel 40 in einem Leistungserzeugungsbetrieb ist, fährt die Recheneinheit 100 auf der anderen Seite mit einem Schritt S130 fort, um einen Luftdruck P zu erreichen, der durch den Drucksensor 65 erfasst wird. Die Recheneinheit 100 bestimmt nachfolgend, ob der Luftdruck P höher als ein vordefinierter formaler Fehlererfassungsgrenzwert bzw. Anomalieerfassungsgrenzwert bzw. Unregelmäßigkeitserfassungsgrenzwert P2 ist (Schritt S140). Wenn bei dem Schritt S140 bestimmt wird, dass der Luftdruck P gleich oder niedriger als der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 ist, bestimmt die Steuereinheit 100 nachfolgend, ob der Luftdruck P höher als ein vorläufiger Fehlererfassungsgrenzwert bzw. Anomalieerfassungsgrenzwert bzw. Unregelmäßigkeitserfassungsgrenzwert P1 ist, der niedriger als der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 ist (Schritt S150). Der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 ist ein etwas niedrigerer Wert als ein Druckwiderstandswert des Brennstoffzellenstapels 40 und kann beispielsweise 290 [kPa] sein. Der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 kann beispielsweise 270 [kPa] sein. Diese numerischen Werte wirken nur beispielhaft und nicht beschränkend. Gemäß dieser Ausführungsform wird der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 auf einen höheren Wert eingestellt als der Solldruckwert in dem vorübergehenden Betrieb während der normalen Steuerung.
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Wenn bei dem Schritt S140 bestimmt wird, dass der Luftdruck P höher als der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 ist, stellt die Steuereinheit 100 eine Fehlererfassungsflag bzw. Anomalieerfassungsflag bzw. Unregelmäßigkeitserfassungsflag FL auf einen Wert 1 (Schritt S160). Die Fehlererfassungsflag FL ist eine Markierung, die verwendet wird, um anzuzeigen, dass der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 als das Luftsystem einen Fehler hat und ist in dem RAM der Steuereinheit 100 vorgesehen. Das „Luftsystem” hierbei oder noch genauer, der Luftzufuhrauslassmechanismus 60 enthält die Ventile 63 und 67 und den Luftkompressor 62, ebenso wie die Strömungsleitungen 61, 66 und 69. Die Tatsache, dass die Fehlererfassungsflag FL der Wert 1 ist, bedeutet, dass zumindest ein Teil des Luftsystems fehlerhaft ist. Die Fehlererfassungsmarkierung FL wurde auf einen Wert 0 im Voraus gelöscht. Sobald die Fehlererfassungsflag FL auf den Wert 1 eingestellt wird, wird die Fehlererfassungsflag FL bei dem Wert 1 beibehalten, bis sie bei einer Autowerkstatt oder ähnlichem gelöscht wird.
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Nach dem Prozess aus dem Schritt S160, hält die Steuereinheit 100 die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 an (Schritt S170). Die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 wird durch (i) ein Schließen des Injektors 55, der in dem Brenngassystem angeordnet ist, und ein Einstellen der Drehzahl des Luftkompressors 62 auf 0 [rpm], um die Zufuhr von dem Wasserstoffgas und der Luft anzuhalten, und (ii) durch Abschalten der Wasserstoffzirkulationspumpe 57, um die Zirkulation von Wasserstoffgas in dem Zirkulationssystem anzuhalten, angehalten. Gleichzeitig zu einem Anhalten der Leistungserzeugung kann ein Audio- oder Displayalarm vorgesehen werden, um die Aufmerksamkeit des Fahrers zu erreichen.
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Wenn bei dem Schritt S150 bestimmt wird, dass der Luftdruck P gleich oder niedriger dem vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 ist, geht die Steuereinheit 100 zurück und beendet diesen Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess.
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Wenn bei dem Schritt S150 bestimmt wird, dass der Luftdruck P höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 ist, führt die Steuereinheit 100 auf der anderen Seite einen Erhöhungsprozess durch, um den Zählwert CNT um 1 zu erhöhen (Schritt S180). Dieser Erhöhungsprozess zählt die Anzahl bzw. Vorkommenshäufigkeit als den Zählwert CNT, wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck P seit einem Umschalten des Brennstoffzellenstapels 40 von dem Nicht-Leistungserzeugungsbetrieb zu dem Leistungserzeugungsbetrieb höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 wird. Die Steuereinheit 100 bestimmt nachfolgend, ob der Zählerwert CNT gleich oder höher einer Fehlervergleichshäufigkeit bzw. Anomalievergleichshäufigkeit bzw. Unregelmäßigkeitsvergleichshäufigkeit C0 ist (Schritt S190). Die Fehlervergleichshäufigkeit C0 ist eine positive ganze Zahl größer als 1 und wird gemäß dieser Ausführungsform auf 5 eingestellt. Die Fehlervergleichshäufigkeit C0 ist jedoch nicht auf 5 beschränkt, sondern kann jeder andere Wert, wie beispielsweise 10 oder 20, sein.
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Wenn bei dem Schritt S190 bestimmt wird, dass der Zählerwert CNT gleich oder höher der Fehlervergleichshäufigkeit C0 ist, d. h., in dem Fall, in dem die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck P höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 seit einem Umschalten auf den Leistungserzeugungsbetrieb gleich oder höher der Fehlervergleichshäufigkeit C0 ist, fährt der Steuerprozess 100 mit dem Schritt S160 fort, um die Fehlererfassungsflag FL auf den Wert 1 einzustellen und geht nachfolgend auf einen Schritt S170 über, um die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 anzuhalten.
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Wenn bei dem Schritt S190 bestimmt wird, dass der Zählwert CNT niedriger als die Fehlervergleichshäufigkeit C0 ist, führt die Steuereinheit 100 auf der anderen Seite die Druckreduzierkontrolle durch, um den Druck in dem Luftsystem zu reduzieren (Schritt S200). Die Druckreduzierkontrolle reduziert den Druck in dem Luftsystem durch (i) ein Einstellen der Drehzahl des Luftkompressors 62 auf 0 [rpm], (ii) ein Einstellen der Ventilöffnungsposition des Strömungstrennungsabsperrventils 63 auf 0% (um die gesamte Strömung in die Bypassleitung 69 zu leiten) und (iii) ein Öffnen des Druckregelabschaltventils 67. Die Steuereinheit 100 erreicht nachfolgend den durch den Drucksensor 65 erfassten Luftdruck P (Schritt S210) und bestimmt, ob der Luftdruck P gleich oder niedriger einem vordefinierten Solldruckreduzierwerts P3 wird (Schritt S220). Wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck P nicht gleich oder niedriger dem Solldruckreduzierwert P3 wird, geht die Steuereinheit 100 auf den Schritt S200 zurück, um die Druckreduzierkontrolle fortzusetzten.
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Wenn bei dem Schritt S220 bestimmt wird, dass der Luftdruck P gleich oder niedriger dem Solldruckreduzierwert P3 ist, setzt die Steuereinheit 100 die Drucksteuerung in dem Luftsystem auf die normale Steuerung zurück (Schritt S230) und beendet dann diesen Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess.
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Der Prozess aus den Schritten S150, S200, S210 und S220 in dem Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess aus 2 entspricht den Funktionen des Druckreduzierkontrollers 102 (dargestellt in 1). Der Prozess aus den Schritt S150, S180, S190 und S160 in dem Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess aus 2 entspricht den Funktionen der ersten Bestimmungseinheit 104 (dargestellt in 1). Der Prozess aus den Schritten S140 und S160 in dem Luftsystemfehler-Bestimmungsprozess aus 2 entspricht den Funktionen einer zweiten Bestimmungseinheit 106 (dargestellt in 1).
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C. Vorteilhafte Effekte der Ausführungsform
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In dem Brennstoffzellensystem 30 mit der obigen Konfiguration reduziert der Druckreduzierkontroller 102 den Druck auf den Solldruckreduzierwert P3 zu jedem Zeitpunkt, wenn der innere Druck P in dem Luftsystem höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 während der Leistungserzeugungsbetriebsphase wird. Dies schützt den Brennstoffzellenstapel 40 vom Anwenden eines hohen Drucks. Zusätzlich wird, nach einem Bestimmen, dass die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der innere Druck P in dem Luftsystem höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 ist, gleich oder höher der Anzahl ist, die durch die Fehlervergleichshäufigkeit C0 während der Leistungserzeugungsbetriebsphase definiert ist, bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler hat. Dies ermöglicht es, dass häufige zeitweise Druckanstiege während dem vorübergehenden Betrieb zuverlässig als ein Fehler festgestellt werden. Die Drucksteuerung in dem Luftsystem wird unmittelbar nach der Druckreduzierkontrolle auf die normale Steuerung zurückgebracht. Dadurch kann der Betrieb des Brennstoffzellensystems 30 stabil aufrechterhalten werden.
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Wenn der Druck P extrem hoch ist, da er höher als der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 ist, erfasst das Brennstoffzellensystem 30 unmittelbar einen Fehler. Nach einem Bestimmen, dass das Luftsystem fehlerhaft ist, hält das Brennstoffzellensystem 30 zusätzlich die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 an. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems 30.
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D. Modifikationen
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* Modifikation 1
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Luftzufuhrauslassmechanismus 60, der als das Luftsystem fungiert, derart konfiguriert, um das Strömungstrennungsabschaltventil 63 und die Bypassleitung 69 zu enthalten. Eine modifizierte Konfiguration kann das Strömungstrennungsabsperrventil 63 und die Bypassleitung 69 weglassen Das Luftsystem kann jede Konfiguration haben, die ermöglicht, dass die Luft der Brennstoffzelle zugeführt wird und von derselben ausgelassen wird.
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* Modifikation 2
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Drucksensor 65, der als die Druckerfassungseinheit fungiert, zwischen dem Luftkompressor 62 und dem Strömungstrennungsabsperrventil 63 in der Luftzufuhrleitung 61 platziert. In einer modifizierten Konfiguration kann der Drucksensor 65 beispielsweise stromabwärts von dem Strömungstrennungsabsperrventil 63 in der Luftzufuhrleitung 61 platziert sein oder kann stromaufwärts von dem Druckregelabsperrventil 67 in der Luftauslassleitung 66 platziert sein. Die Druckerfassungseinheit kann an jeder Position platziert sein, die ermöglicht, dass der innere Druck in dem Luftsystem erfasst wird.
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* Modifikation 3
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vordefinierte Zeitspanne als die Zeitspanne definiert, wenn die Brennstoffzelle in dem Leistungserzeugungsbetrieb ist. Der Zählwert CNT wird erhöht, wenn der Druck P höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 während der vordefinierten Zeitspanne wird. Der Zählwert CNT wird nach der vordefinierten Zeitspanne gelöscht. In einer modifizierten Konfiguration kann die vordefinierte Zeitspanne eine Zeitspanne sein, die durch das Datum und die Zeit, beispielsweise, die Anzahl von Tagen, definiert ist. Beispielsweise kann der Zählwert CNT alle fünf Tage gelöscht werden.
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* Modifikation 4
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 unmittelbar angehalten, wenn die Fehlererfassungsmarkierung FL auf den Wert 1 eingestellt wird. In einer modifizierten Konfiguration kann die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40 später angehalten werden oder kann gar nicht angehalten werden.
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* Modifikation 5
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Fehlererfassungsflag auf den Wert 1 eingestellt nach einem Bestimmen, dass die Anzahl (Zählwert CNT in der Ausführungsform), wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck höher als der erste Fehlererfassungswert wird (vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 in der Ausführungsform) gleich oder höher der vordefinierten Anzahl ist (Fehlervergleichshäufigkeit C0 in der Ausführungsform), während der vordefinierten Zeitspanne (Leistungserzeugungsbetriebsphase in dieser Ausführungsform). Eine modifizierte Konfiguration kann bestimmen, ob die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck während der vordefinierten Zeitspanne höher als der erste Fehlererfassungswert wird, gleich oder höher der vordefinierten Anzahl bei dem Ende der vordefinierten Zeitspanne ist und kann die Fehlererfassungsflag auf den Wert 1 nach dem Bestimmen, dass die Anzahl gleich oder höher der vordefiniert Anzahl ist, einstellen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Steuerung des inneren Drucks in dem Luftsystem auf die normale Steuerung auf Basis der Betriebsbedingung des Brennstoffzellenstapels 40 (Schritt S230) nach dem Abschließen der Druckreduzierung durch den Prozess der Schritte S200 bis S220 zurückgebracht. Eine modifizierte Konfiguration kann jede andere wünschenswerte Steuerung als die normale Steuerung nach der Reduzierung des inneren Drucks in dem Luftsystem durchführen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird bestimmt, dass das Luftsystem einen Fehler hat, wenn der erfasste Druck höher als der formale Fehlererfassungsgrenzwert P2 wird, der höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 ist (Schritt S140 und A160 (bzw. S160)). Eine modifizierte Konfiguration kann den Prozess aus Schritt S140 weglassen und kann bestimmen, dass das Luftsystem fehlerhaft ist (Schritt S160) nach dem Prozess aus den Schritten S150, S180 und S190.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Anzahl, wenn bestimmt wird, dass der Luftdruck P höher als der vorläufige Fehlererfassungsgrenzwert P1 wird, während der Zeitspanne aufgezählt, wenn das Brennstoffzellensystem in dem Leistungserzeugungsbetrieb ist, und wird für die Bestimmung verwendet (Schritte S180 und S190). Die Zeitspanne, in der die Anzahl aufsummiert wird, wenn bestimmt wird, dass der Druck höher als der erste Fehlererfassungswert wird, kann jede andere passende Zeitspanne als die Zeitspanne sein, wenn die Brennstoffzelle in dem Leistungserzeugungsbetrieb ist, beispielsweise eine Zeitspanne zwischen einer Erfüllung der Fehlererfassungsbedingung (Schritt S110: JA) und einem Zurückbringen der Steuerung auf die normale Steuerung (Schritt S230).
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels 40, nach einem Bestimmen, dass das Luftsystem fehlerhaft ist, angehalten (Schritte S160 und S170). Beispielsweise kann eine modifizierte Konfiguration die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle nach einem Bestimmen, dass das Luftsystem fehlerhaft ist, nicht anhalten, sondern kann einen Displayalarm anzeigen, um den Nutzer zu drängen das Brennstoffzellensystem anzuhalten.
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* Modifikation 6
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem an dem Fahrzeug, wie beispielsweise dem Motorfahrzeug, angebracht, aber kann auch in einem Haus, einem Geschäft, einer Fabrik oder ähnlichem integriert sein.
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Teile der Funktionen, die in der obigen Ausführungsform durch die Softwarekonfiguration implementiert sind, können auch durch Hardware konfiguriert sein (beispielsweise integrierter Schaltkreis) und Teile der Funktionen, die durch Hardwarekonfiguration implementiert sind, können durch Software konfiguriert sein.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der Ausführungsformen beschränkt und oben beschriebenen Modifikationen derselben können durch eine Verschiedenheit von Konfigurationen implementiert sein ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale jeder der Ausführungsform und die Modifikationen derselben, die den technischen Merkmalen der jeweiligen Aspekte, die in der KURZFASSUNG beschrieben sind, entsprechen, ersetzt oder angemessen kombiniert werden, um Teile oder alle der oben beschriebenen Probleme zu lösen, oder um Teile oder alle der oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Andere Komponenten als diejenigen, die in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, darunter Komponenten jeder Ausführungsform und den Modifikationen derselben, sind zusätzliche Komponenten und können angemessen ausgelassen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-231883 A [0001]
- JP 2012-4138 A [0003, 0004]
