DE102015119100A1 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks Download PDF

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Abstract

Das Brennstoffzellensystem ist mit dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem, welches Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt, während das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas mit dem neu zugeführten Wasserstoffgas vermischt wird, einem Wasserstoffgas-Zuführventil, welches den Betrag des hin zu dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem geführten Wasserstoffgases steuert, einer Initial-Druckbeaufschlagungseinheit, welche das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem durch temporäres Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils bei dem Start der Brennstoffzelle unter Druck setzt, und einer Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gasleckage-Erfassungseinheit, welche das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem nach der Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit durch Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils erneut unter Druck setzt, wenn bei dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck ein vorgegebenes Niveau einer Druckabnahme festgestellt wird, und welche eine Wasserstoffgasleckage von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem basierend auf dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck zu einer vorgegebenen Zeit nach der Druckbeaufschlagung erfasst, vorgesehen.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung P2014-230633 , welche am 13. November 2014 angemeldet wurde und deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung durch Inbezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks.
  • Stand der Technik
  • Bei dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem, wie beispielsweise in der JP 2010-238495 A beschrieben, wurde ein Wasserstoffgasleck basierend auf dem Druckabfall bzw. der Druckabnahme von Wasserstoffgas unter einer Bedingung erfasst, bei welcher ein mit einer Brennstoffzelle verbundenes Wasserstoffgas-Zirkulationssystem unter Druck gesetzt und beim Start der Brennstoffzelle abgedichtet bzw. abgeschlossen wird.
  • Kurzfassung
  • Gemäß dem Stand der Technik wird jedoch, wenn in dem Wasserstoff-Zirkulationssystem Luft vorliegt und Wasserstoffgas eingespritzt wird, um irgendeine Gasleckage bzw. irgendein Gasleck zu erfassen, der Wasserstoff mit Sauerstoff in der Luft in einer Verbrennungsreaktion reagieren, wodurch der Druck des Wasserstoffgases reduziert wird. Aus diesem Grund zeigt der Stand der Technik das Problem falscher Erfassungen, auch wenn in dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem kein Gasleck vorliegt. Beispiele von Situationen, unter welchen Luft in dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem vorliegt, umfassen einen Fall, wenn das Brennstoffzellensystem für eine lange Zeitphase (beispielsweise 20 Tage oder länger) unbetrieben bleibt. Dies liegt daran, da während der Phase ohne Betrieb die Luft ausgehend von einem Luftsystem, welches die Brennstoffzelle durchdringt bzw. durchsetzt, in das Wasserstoff-Zirkulationssystem eintritt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest einen Teil des vorstehend beschriebenen Problems zu adressieren, und diese kann in Form der nachfolgenden Aspekte implementiert sein:
    • (1) Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht einem mit einer Brennstoffzelle vorgesehenen Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem kann ein Wasserstoffgas-Zirkulationssystem, welches Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt, während das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas mit dem neu zugeführten Wasserstoffgas vermischt bzw. zusammengeführt wird, ein Wasserstoffgas-Zuführventil, welches den Betrag der Wasserstoffgaszuführung hin zu dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem steuert, eine Druck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Wasserstoff-Zirkulationssystems erfasst, eine Initial-Druckbeaufschlagungseinheit, welche das Wasserstoff-Zirkulationssystem durch temporäres Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils unter Druck setzt, und eine Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gas-Erfassungseinheit, welche das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem nach der Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit durch Öffnen des Wasserstoff-Zuführventils erneut unter Druck setzt, wenn in dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck nach der Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit ein vorgegebenes Niveau einer Abnahme bzw. eines Abfalls festgestellt wird, und irgendeine Leckage von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem in einer vorgegebenen Zeit nach der Druckbeaufschlagung basierend auf dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck erfasst. Gemäß dem Brennstoffzellensystem der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann die in dem Wasserstoff-Zirkulationssystem vorliegende Luft über Verbrennungsreaktionen dadurch entfernt werden, dass das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit unter Druck gesetzt wird bzw. mit Druck beaufschlagt wird. Dann wird das System durch die Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gas-Erfassungseinheit erneut unter Druck gesetzt. Daher kann irgendein Erfassungsfehler eines Wasserstoffgaslecks aufgrund des Vorliegens von Luft in dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem verhindert werden.
    • (2) Bei dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts kann die vorgegebene Zeit beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs durch die Brennstoffzelle gewählt sein. Gemäß diesem Brennstoffzellensystem ist es möglich, lediglich durch die Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit beim Start der Brennstoffzelle eine vorläufige Beurteilung durchzuführen und beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs durch die Brennstoffzelle eine formale Erfassung eines Gaslecks durchzuführen. Daher verzögert die Gasleckerfassung den Start des Leistungserzeugungsbetriebs durch die Brennstoffzelle nicht.
    • (3) Bei dem Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts kann das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem mit einem Wasserstoffgas-Zuführkanal zum Leiten bzw. Führen des durch das Wasserstoff-Zuführventil zugeführten Wasserstoffgases hin zu der Brennstoffzelle, und einem Zirkulationskanal zum Zirkulieren des von der Brennstoffzelle abgeführten Wasserstoffgases hin zu dem Wasserstoffgas-Zuführkanal vorgesehen sein. Gemäß diesem Brennstoffzellensystem ist es möglich, ein Gasleck von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem mit dem Wasserstoffgas-Zuführkanal, dem Wasserstoffgaskanal innerhalb der Brennstoffzelle und dem Zirkulationskanal zu erfassen.
    • (4) Das Brennstoffzellensystem des vorstehend beschriebenen Aspekts kann ein Luftsystem mit einem Kanal und einem Ventil zum Zuführen von Luft hin zu der Brennstoffzelle, einen Luftverdichter bzw. -kompressor zum Fördern von Luft hin zu dem Luftsystem, eine Luftdruck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Luftsystems erfasst, eine Drehzahl-Steuerungseinheit, welche die Drehzahl des Luftverdichters erhöht und die Drehzahl für eine vorgegebene Zeitphase auf einem vorgegebenen Niveau hält, und eine Fehlfunktions-Erfassungseinheit, welche eine Fehlfunktion des Ventils basierend auf den durch die Luftdruck-Erfassungseinheit erfassten Druckschwankungen während der vorgegebenen Zeitphase erfasst, aufweisen. Gemäß diesem Brennstoffzellensystem ist es möglich, die Ventil-Fehlfunktion unter einer Bedingung bzw. einem Zustand ausreichender Luft, um die Erfassungsergebnisse zu beeinflussen (das heißt, mit ausreichender Druckempfindlichkeit), zu erfassen, was ebenso ermöglicht, eine Fehlfunktion in dem Luftsystem zu erfassen.
    • (5) Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht einem Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks des Brennstoffzellensystems, welches mit einer Brennstoffzelle, einem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem, das Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt, während das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas mit dem neu zugeführten Wasserstoffgas vermischt wird, einem Wasserstoffgas-Zuführventil, welches den Betrag von Wasserstoffgas steuert, welches hin zu dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem geführt wird, und einer Druck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems erfasst, vorgesehen ist. Das Wasserstoffgasleck-Erfassungsverfahren kann ein Unter-Druck-Setzen bzw. Druckbeaufschlagen des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems durch temporäres Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils, und ein erneutes Unter-Druck-Setzen des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems durch Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils, wenn durch die Druck-Erfassungseinheit ein vorgegebenes Niveau einer Druckabnahme festgestellt wird, und Erfassen eines Wasserstoffgaslecks von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem basierend auf dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck zu einer vorgegebenen Zeit nach der Druckbeaufschlagung aufweisen. Gemäß dem Wasserstoffgasleck-Erfassungsverfahren dieser Konfiguration ist es möglich, irgendeinen Erfassungsfehler zu verhindern, wenn Luft in dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem vorliegt, wie im Falle des Brennstoffzellensystems des vorstehend beschriebenen Aspekts.
  • Die vorliegende Erfindung kann außerdem in verschiedenartigen anderen Aspekten als dem Brennstoffzellensystem und dem Wasserstoffgasleck-Erfassungsverfahren implementiert sein. Diese kann in Form von Aspekten implementiert sein, wie einem Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, einem Computerprogramm zum Durchführen einer Funktion entsprechend jedem Vorgang des Wasserstoffgasleck-Erfassungsverfahrens und einem nichtflüchtigen Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 ist eine darstellende Abbildung, welche die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
  • 2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Startvorgang zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks zeigt;
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Vorgang beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs zeigt, um ein Wasserstoffgasleck zu erfassen;
  • 4 ist eine darstellende Abbildung, welche verschiedene Zustände während der Ausführung des Startvorgangs und des Vorgangs beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs zeigt; und
  • 5 ist eine darstellende Abbildung, welche verschiedene Zustände während der Ausführung des Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgangs und temporäre Veränderungen von Parametern davon zeigt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • A. Gesamtkonfiguration:
  • 1 ist eine darstellende Abbildung, welche die Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 20 als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 20 entspricht einem Vierrad-Automobil und dieses ist mit einem Brennstoffzellensystem 30, einem Leistungszuführungsmechanismus 80 und einem Antriebsmechanismus 90 vorgesehen.
  • Ein Brennstoffzellensystem 30 ist mit einem Brennstoffzellenstapel 40, einem Wasserstoffgas-Zuführ- und Abführmechanismus 50, einem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60, einem Kühlwasser-Zirkulationsmechanismus 70 und einer Steuerungseinheit 100 vorgesehen.
  • Der Brennstoffzellenstapel 40 entspricht einer Einheit, welche Leistung durch elektrochemische Reaktionen von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugt und dieser ist durch Schichten von mehreren Einheitszellen 41 ausgebildet. Die Einheitszelle 41 besteht aus einer Anode, einer Kathode, einem Elektrolyten und Separatoren usw. Verschiedene Typen sind für den Brennstoffzellenstapel 40 anwendbar und bei der vorliegenden Ausführungsform soll ein Festpolymer- bzw. Polymerelektrolyt-Typ verwendet werden.
  • Der Wasserstoffgas-Zuführ- und Abführmechanismus 50 führt Wasserstoffgas hin zu dem Brennstoffzellenstapel 40 und von diesem ab. Hier steht Wasserstoffgas für ein wasserstoffreiches Gas und nicht notwendigerweise für reinen Wasserstoff. Der Wasserstoffgas-Zuführ- und Abführmechanismus 50 ist mit einem Wasserstofftank 51, einem Wasserstoffgas-Zuführkanal 52, einem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 und einem Wasserstoffgas-Abführkanal 54 vorgesehen.
  • Der Wasserstofftank 51 speichert Hochdruck-Wasserstoffgas. Der Wasserstoffgas-Zuführkanal 52 entspricht einer Leitung zum Zuführen von Wasserstoffgas in dem Wasserstofftank 51 hin zu der Brennstoffzelle 10. Der Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 entspricht einer Leitung zum Mischen des von dem Brennstoffzellenstapel 40 abgeführten nicht verbrauchten Wasserstoffgases in den Wasserstoffgas-Zuführkanal 52. Der Wasserstoffgas-Abführkanal 54 entspricht einer Leitung, welche den Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 und einen Luft-Abführkanal 66 (später beschrieben), der in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 vorgesehen ist, verbindet.
  • Auf der stromaufwärtigen Seite des Verbindungspunkts X zwischen dem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 und dem Wasserstoffgas-Zuführkanal 52 in dem Wasserstoffgas-Zuführkanal 52 ist ein Injektor 55 als ein Wasserstoffgas-Zuführventil vorgesehen. Der Injektor 55 passt die Rate der Gasströmung (oder Wasserstoffmolarität), welche hin zu der stromabwärtigen Seite geführt wird, durch Verändern zumindest entweder des Öffnungsbereiches (Öffnung) oder der Öffnungsdauer des Ventils an, um Wasserstoffgas mit einer erforderlichen Strömungsrate zuzuführen. Die Gas-Strömungsrate wird durch Öffnungs-Schließ-Ventilbetätigungen des Injektors 55 angepasst, während der Injektor 55 als ein Steuerungsventil (Dekompressionsventil oder Regulierer) interpretiert werden kann, da der Druck des hin zu der stromabwärtigen Seite geführten Gases im Vergleich zu diesem auf der stromaufwärtigen Seite reduziert wird.
  • Der Wasserstoffgas-Zuführ- und Abführmechanismus 50 ist mit einem Drucksensor 56 als eine Druck-Erfassungseinheit vorgesehen. Der Drucksensor 56 erfasst den Druck von Wasserstoffgas in einem Wasserstoff-Zuführkanal 52 auf der stromabwärtigen Seite des Verbindungspunkts X.
  • Auf der stromabwärtigen Seite des Verbindungspunkts Y zwischen dem Wasserstoffgas-Abführkanal 54 und dem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 in dem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 ist eine Wasserstoff-Zirkulationspumpe 57 eingebaut. Wasserstoffgas wird in dem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 durch die Wasserstoff-Zirkulationspumpe 57 zirkuliert bzw. umgewälzt. Da der Strömungspfad, bei welchem das Wasserstoffgas zirkuliert, das heißt, der stromabwärtige Abschnitt des Verbindungspunkts X in dem Wasserstoff-Zuführkanal 52, der Wasserstoffkanal innerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 und der Wasserstoff-Zirkulationskanal 53, allesamt durch den Injektor 55 im Druck herabgesetzt sind, sind diese Kanäle und Teile, welche damit ausgerüstet sind (der Drucksensor 56, die Wasserstoff-Zirkulationspumpe 57 usw.), kollektiv als ein Wasserstoff-Niederdrucksystem HL bezeichnet. Dieses Wasserstoff-Niederdrucksystem HL entspricht dem „Wasserstoffgas-Zirkulationssystem”.
  • In der Mitte des Wasserstoffgas-Abführkanals 54 ist ein Ablassventil 58 vorgesehen. Das Ablassventil 58 wird geöffnet, wenn Verunreinigungen in dem Wasserstoffgas-Zirkulationskanal 53 zunehmen, um diese von einem Luft-Abführkanal abzuführen.
  • Der Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60, welcher Luft als Oxidationsgas zu dem Brennstoffzellenstapel 40 führt und von diesem abführt, ist mit einem Luft-Zuführkanal 61, einem Luft-Abführkanal 66 und einem Bypass 69 vorgesehen. Der Luft-Zuführkanal 61 und der Luft-Abführkanal 66 entsprechen jeweils einem Strömungspfad, welcher den Brennstoffzellenstapel 40 mit einer Luftöffnung verbindet, die in sowohl dem Luft-Zuführkanal 61 als auch dem Luft-Abführkanal 66 vorgesehen ist. Bei der Luftöffnung des Luft-Zuführkanals 61 ist ein Luftfilter vorgesehen. Der Bypass 69 entspricht einem Kanal, welcher den Luft-Zuführkanal 61 und den Luft-Abführkanal 66 verbindet.
  • Der Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 ist mit einem Luftverdichter bzw. -kompressor 62 vorgesehen. Der Luftverdichter 62 ist in der Mitte des Luft-Zuführkanals 61 eingebaut und saugt Luft von der Luftöffnung des Luft-Zuführkanals 61 ein, um diese zu verdichten. Die Position, bei welcher der Luftverdichter 62 eingebaut ist, entspricht einer Position, welche sich näher an der Luftöffnung befindet als der Verbindungspunkt zwischen dem Luft-Zuführkanal 61 und dem Bypass 69.
  • Der Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 ist mit einem Mengenteiler-Sperrventil 62 vorgesehen. Das Mengenteiler-Sperrventil 63 ist bei dem Verbindungspunkt zwischen dem Luft-Zuführkanal 61 und dem Bypass 69 eingebaut und dieses teilt die verdichtete Luft von dem Luftverdichter 62 in den Bypass 69 und die stromabwärtige Seite des Luft-Zuführkanals 61 auf. Dieser Ventiltyp ist ebenso als ein Dreiwegeventil bezeichnet. Der Ausdruck „aufteilen” in diesem Kontext steht sowohl für ein Teilen der Luftströmung in zwei Ströme als auch ein Zuweisen von 100% der Strömung zu einem der Kanäle. Wenn die Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 100% beträgt, wird 100% der verdichteten Luftströmung von dem Luftverdichter 62 hin zu dem Brennstoffzellenstapel 40 geschickt.
  • Der Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 ist mit einem Drucksensor 65 vorgesehen. Der Drucksensor 65 erfasst den Luftdruck innerhalb des Luft-Zuführkanals 61 bei einer Position zwischen dem Luftverdichter 62 und dem Mengenteiler-Sperrventil 63.
  • Der Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 ist mit einem Druck-Anpass-Sperrventil 67 vorgesehen. Das Druck-Anpass-Sperrventil 67 ist bei dem Luft-Abführkanal 66 eingebaut und passt den Querschnittsbereich davon in Abhängigkeit der Größe der Ventilöffnung an. Das Druck-Anpass-Sperrventil 67 ist mit einem Pilotventil vorgesehen, welches die Druckdifferenz zwischen dessen eigenen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten unter einer Bedingung keiner Öffnung des Ventils aufhebt.
  • Luft, welche das Druck-Anpass-Sperrventil 67 durchläuft, durchläuft den Verbindungspunkt in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 mit dem Bypass 69, um über die Luftöffnung hin zu der Atmosphäre abgeführt zu werden.
  • Der Kühlwasser-Zirkulationsmechanismus 70, welcher den Brennstoffzellenstapel 40 abgekühlt, ist mit einem Kühler 71 und einer Kühlwasser-Zirkulationspumpe 72 vorgesehen. Der Kühlwasser-Zirkulationsmechanismus 70 zirkuliert bzw. wälzt Kühlwasser zwischen der Einheitszelle 41 und dem Kühler 71 um, um die Betriebstemperatur der Einheitszelle 41 zu steuern. Durch das Zirkulieren auf diese Art und Weise führt das Kühlwasser eine Wärmeabsorptionsfunktion in der Einheitszelle 41 und eine Wärmeabgabefunktion in dem Kühler 71 durch.
  • Der Leistungs-Zuführmechanismus 80 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 40 verbunden und fuhrt die durch den Brennstoffzellenstapel 40 erzeugte Leistung hin zu einer elektrisch betriebenen Ausrüstung. Beispiele der elektrisch betriebenen Ausrüstung umfassen einen Motor 91, welcher ein bei dem Antriebsmechanismus 90 eingebautes Antriebsrad 92 antreibt, und einem Kompressor für eine Klimaanlage (nicht gezeigt).
  • Der Betrieb des Brennstoffzellensystems 30 wird durch die Steuerungseinheit 100 gesteuert. Die Steuerungseinheit 100 entspricht einem Mikrocomputer, welcher im Inneren mit einer CPU, einem RAM und einem ROM vorgesehen ist. Die Steuerungseinheit 100 steuert den Betrieb von sowohl dem Injektor 55 in dem Brennstoffzellensystem 30, den vorstehend beschriebenen Ventilen 58, 63, 67 und dem Luftverdichter 62 und dergleichen. Um diese Steuerungen durchzuführen, empfängt die Steuerungseinheit 100 verschiedene Signale. Diese Signale umfassen beispielsweise Ausgangssignale von einem Startschalter bzw. Anlasser 110 zum Starten der Drucksensoren 56, 65, einen Spannungssensor 43, welcher eine Leistungserzeugungsspannung des Brennstoffzellenstapels 40 erfasst, und des Brennstoffzellenstapels 40. Der Startschalter 110 ist in einem Fahrzeuginnenraum in einem Armaturenbrett eingebaut.
  • Als weitere funktionale Merkmale ist die Steuerungseinheit 100 mit einer Initial-Druckbeaufschlagungseinheit 102 und eine Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gasleckage-Erfassungseinheit 104 vorgesehen, und diese erfasst eine Wasserstoffgasleckage bzw. ein Wasserstoffgasleck von dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL während einer Phase ausgehend von dem Start des Brennstoffzellenstapels 40 bis hin zu dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs. Die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit 102 setzt das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL durch Öffnen des Injektors 55 bei dem Start des Brennstoffzellensystems 30 unter Druck. Die Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gasleckage-Erfassungseinheit 104 setzt das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL erneut unter Druck, wenn eine vorbestimmte Druckabnahme bzw. -abfall von Wasserstoffgas durch den Drucksensor 56 nach der Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit 102 erfasst wird, und diese erfasst eine Wasserstoffgasleckage von dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL basierend auf dem durch den Drucksensor 56 bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs erfassten Druck. Jede Konfiguration der Bauteile 102, 104 ist nachstehend detailliert beschrieben.
  • B. Steuerung des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems:
  • 2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Startvorgang zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks zeigt. 3 ist ein Flussdiagramm, welches einen Vorgang bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs zeigt, um ein Wasserstoffgasleck zu erfassen. Der Startvorgang wird durch die Steuerungseinheit 100 durchgeführt, nachdem die Leistung eingeschaltet ist. Der Vorgang bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs wird durch die Steuerungseinheit 100 auf den Startvorgang hin folgend durchgeführt.
  • 4 ist eine darstellende Abbildung, welche verschiedene Zustände und temporäre Veränderungen von Parametern während der Ausführung des Startvorgangs und des Vorgangs bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs zeigt. Die Abbildung zeigt die Zustände des Brennstoffzellenstapels 40, einen Öffnungs-Schließ-Status des Injektors, einen Wasserstoffgasdruck P, ein vorläufiges Beurteilungskennzeichen F1, eine Pflicht-Inspektionsanforderungsbedingung bzw. ein formales Beurteilungskennzeichen F2.
  • Nachfolgend ist der Startvorgang mit Bezug auf die 2 und 4 beschrieben. Es ist angenommen, dass das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 und das formale Beurteilungskennzeichen F2 vor der Ausführung des Startvorgangs auf die „Aus”-Position (Wert = 0) gelöscht bzw. gesetzt sind. Sobald die Leistung „An” ist, führt die Steuerungseinheit 100 zunächst eine Beurteilung dahingehend durch, ob der Startschalter eingeschaltet ist (Schritt S110), wie in 2 gezeigt ist. Falls eine Beurteilung erfolgt, dass der Schalter nicht „An” ist, wartet das System auf das Einschalten durch wiederholendes Ausführen von Schritt S110. Sobald bei Schritt S110 eine Beurteilung erfolgt, dass der Schalter eingeschaltet ist, bewegt sich der Status des Brennstoffzellenstapels 40 hin zu dem Start (Zeit t1 in 4) und die Steuerungseinheit 100 setzt das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL unter Druck (Schritt S120). Mit anderen Worten, der Injektor 55 wird für die Druckbeaufschlagung geöffnet (Zeit t1 in 4). Da das Ablassventil 58 bei dem Start geschlossen ist, wird das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL lediglich durch Öffnen des Injektors 55 unter Druck gesetzt.
  • Wie in 4 gezeigt ist, dauert die Druckbeaufschlagung des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL ausgehend von der Zeit t1 an, um den durch den Drucksensor 56 erfassten Wasserstoffgasdruck P allmählich zu erhöhen. Wie in 2 gezeigt ist, führt die Steuerungseinheit 100 eine Beurteilung dahingehend durch, ob der Wasserstoffgasdruck den ersten Gasdruck Pa erreicht oder überschritten hat (Schritt S130), und diese schließt den Injektor 55, wenn der erste Gasdruck Pa erreicht ist, um das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL abzudichten bzw. abzuschließen (Schritt S140 und Zeit t2 in 4). Falls der Wasserstoffgasdruck P den ersten Gasdruck Pa nicht erreicht, kehrt die Steuerungseinheit 100 zu dem Vorgang zu Schritt S120 zurück, um die Druckbeaufschlagung des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL fortzusetzen.
  • Falls in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL unter einer Bedingung, bei welcher das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL abgedichtet ist, irgendeine Gasleckage vorliegt, nachdem dieser Wasserstoffgas zugeführt wurde, oder wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 20 für eine lange Zeitphase ohne Betrieb bleibt, fällt der durch den Drucksensor 56 erfasste Wasserstoffgasdruck zwischen der Zeit t2 und t3 allmählich ab, wie in 4 gezeigt ist. Der Grund für die Abnahme bzw. den Abfall des Wasserstoffgasdrucks P, nachdem das Fahrzeug für eine lange Zeitphase ohne Betrieb bleibt, liegt daran, da Luft ausgehend von der Seite des Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60, welcher die Einheitszelle durchdringt, während der zurückgelassenen Phase bzw. Ruhephase in das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL gelang und der Wasserstoff mit Sauerstoff in einer Verbrennungsreaktion reagiert, welche den Wasserstoff verbraucht.
  • Daher wird bei den Schritten S150 und S190, wie später beschrieben, der Grund für den Abfall des Wasserstoffgasdrucks ohne Unterscheidung dahingehend beurteilt, ob der Druckabfall mit einer Gasleckage in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem, oder damit, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 20 für eine lange Zeitphase ohne Betrieb geblieben ist, in Zusammenhang steht, und wenn ein vorgegebenes Niveau des Abfalls bzw. der Abnahme des Drucks P des Wasserstoffgases erfasst wird, wird veranlasst, dass sich das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 einschaltet, um eine vorläufige Warnung einer Gasleckage vorzusehen. Dieses Vorgehen ist später detailliert beschrieben.
  • Nach dem Abdichten des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL berechnet die Steuerungseinheit 100 eine Rate des Abfalls bzw. der Abnahme Vp1 des Wasserstoffgasdrucks P, welcher durch den Drucksensor 56 erfasst wird (Schritt S150). Der durch den Drucksensor 56 erfasste Wasserstoffgasdruck P wird insbesondere als ein Initialdruck P1 erhalten und nach einem Abwarten für eine vorbestimmte Zeitphase (beispielsweise 1 Sekunde) wird der nach der Wartephase durch den Drucksensor 56 erfasste Wasserstoffgasdruck P als ein finaler Druck P2 erhalten, und nachfolgend wird der Initialdruck P1 von dem finalen Druck P2 subtrahiert, um den Druckabfall ΔP zu berechnen und die Rate des Druckabfalls Vp1 durch Dividieren von ΔP durch die Einheitszeit zu ermitteln.
  • Die Steuerungseinheit 100 führt durch Beurteilen, ob die Rate des Druckabfalls Vp1, wie bei Schritt S150 erhalten, einen vorgeschriebenen Wert VA erreicht oder überschritten hat (Schritt S160), und ebenso durch Beurteilen, ob der Wasserstoffgasdruck P auf einen zweiten Gasdruck Pb oder niedriger abgefallen ist (Schritt S170), eine Beurteilung dahingehend durch, ob der Wasserstoffgasdruck P während einer vorgegebenen Zeitphase ausgehend von dem ersten Gasdruck Pa hin zu dem zweiten Gasdruck Pb abgefallen ist. Der vorgeschriebene Wert VA, welcher einem Schwellenwert der Rate des Druckabfalls Vp1 entspricht, wurde unter Berücksichtigung der Druckdifferenz zwischen dem ersten Gasdruck Pa und dem zweiten Gasdruck Pb sowie der vorstehend erwähnten vorgegebenen Zeitphase eingerichtet. Der Wert der Druckdifferenz wurde unter Berücksichtigung des Volumens des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL ermittelt, welches dem Betrag von Wasserstoff entspricht, das für die Verbrennung von Luft in dem gleichen Volumen erforderlich ist.
  • Sobald bei Schritt S160 eine Beurteilung erfolgt, dass die Rate des Abfalls Vp1 des Wasserstoffgasdrucks P unter dem vorgeschriebenen Wert VA liegt, veranlasst die Steuerungseinheit 100, dass sich das formale Beurteilungskennzeichen F2 abschaltet (= Wert auf 0), unter der Annahme, dass es unwahrscheinlich ist, dass der Druck P während der vorstehend beschriebenen vorgegebenen Zeitphase auf den zweiten Gasdruck Pb abfällt (Schritt S180). Mit anderen Worten, das formale Beurteilungskennzeichen F2 schaltet sich infolge der formalen Beurteilung ab bzw. auf „Aus”, was keine Gasleckage angibt (das heißt normal). Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, dass eine Beurteilung keiner Gasleckage erfolgt, ohne darauf zu warten, dass die tatsächliche Zeit verstreicht, wie vorstehend beschrieben ist. Nach der Ausführung von Schritt S180 beendet die Steuerungseinheit 100 den Startvorgang.
  • Falls hingegen bei Schritt S160 eine Beurteilung erfolgt, dass die Rate des Abfalls Vp1 nicht kleiner als der vorgeschriebene Wert VA ist, schreitet die Steuerungseinheit 100 zu Schritt S170, um eine Beurteilung dahingehend durchzuführen, ob der Wasserstoffgasdruck P auf den zweiten Gasdruck Pb oder niedriger abgefallen bzw. abgesunken ist. Falls der Druck gleich dem zweiten Gasdruck Pb oder niedriger ist (Zeit t3 in 4), wird das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 eingeschaltet (= Wert auf 1) (Schritt S190), während das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL unter Druck gesetzt wird (Schritt S195). Mit anderen Worten, wie in 4 zu der Zeit t3 gezeigt ist, schaltet sich das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 infolge der vorläufigen Beurteilung ein bzw. an, was eine Gasleckage angibt (das heißt abnormal), und der Injektor 55 für die Druckbeaufschlagung gelangt in einen offenen Zustand. Nach der Ausführung von Schritt S195, beendet die Steuerungseinheit 100 diesen Startvorgang. Wie in 4 gezeigt ist, nimmt, falls der Injektor zu der Zeit t3 geöffnet wird, der Wasserstoffgasdruck P danach allmählich zu. Die Rate dieser Zunahme des Wasserstoffgasdrucks P ist niedriger als die Rate der Zunahme desselben während der Initial-Druckbeaufschlagungsphase von t1 bis t2, was daran liegt, dass der Betrag der Wasserstoffgaszuführung ausgehend von diesem der Initial-Druckbeaufschlagungsphase durch Steuern der Öffnung des Injektors 55 reduziert wird. Der Betrag der Zuführung von Wasserstoffgas muss nicht notwendigerweise ausgehend von diesem der Initial-Druckbeaufschlagungsphase reduziert sein und dieser kann ebenso erhöht oder auf dem gleichen Niveau gehalten werden.
  • Nachfolgend ist der Vorgang beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Wenn der Startvorgang von 2 abgeschlossen ist, startet die Steuerungseinheit 100 den Vorgang beim Start des Leistungserzeugungsbetriebs. Sobald der Vorgang bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs gestartet wird, führt die Steuerungseinheit 100, wie in 3 gezeigt ist, zunächst eine Beurteilung dahingehend durch, ob der Leistungserzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstapels 40 gestartet ist (Schritt S210). Diese beurteilt insbesondere durch Vergleichen der Leerlaufspannung (OCV) des Brennstoffzellenstapels 40, welche durch den Spannungssensor 43 erfasst wird, mit einer Referenzspannung bevor die durch den Brennstoffzellenstapel 40 erzeugte Leistung zu der Last geführt wird, ob der Leistungserzeugungsbetrieb durch den Brennstoffzellenstapel 40 gestartet ist. Falls eine Beurteilung erfolgt, dass der Leistungserzeugungsbetrieb noch nicht gestartet ist, wartet das System den Start des Leistungserzeugungsbetriebs durch wiederholendes Ausführen von Schritt S210 ab.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist angenommen, dass die erneute Druckbeaufschlagung des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL, welche bei Schritt S195 von 2 durchgeführt wird, während der Phase bis zum Start des Leistungserzeugungsbetriebs kontinuierlich auszuführen ist. Anstelle dieser Konfiguration kann das System eine Konfiguration aufweisen, bei welcher das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL einmal mit dem Injektor 55 in einem geschlossenen Zustand abgedichtet wird, wenn nach der Ausführung von Schritt S195 der Wasserstoffgasdruck P derart festgestellt wird, dass dieser nicht kleiner als der vorgeschriebene Wert ist.
  • Sobald bei Schritt S210 eine Beurteilung erfolgt, dass der Leistungserzeugungsbetrieb gestartet wurde, erfolgt eine weitere Beurteilung dahingehend, ob das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 „Ein” ist (Schritt S220). Mit anderen Worten, es wird beurteilt, ob das vorläufige Kennzeichen F1 durch den Startvorgang von 2 eingeschaltet ist. Falls eine Beurteilung dahingehend erfolgt, dass das vorläufige Kennzeichen F1 nicht „Ein” ist, beendet die Steuerungseinheit 100 den Vorgang bei dem Start dieses Betriebs, da das formale Beurteilungskennzeichen F2 bereits auf einen „Aus”(normalen)-Zustand eingestellt ist.
  • Falls bei Schritt S220 eine Beurteilung erfolgt, dass das vorläufige Kennzeichen F1 „Ein” ist, berechnet die Steuerungseinheit 100 die Rate des Abfalls Vp2 des durch den Drucksensor 56 erfassten Wasserstoffgasdrucks P (Schritt S230). Dieser Berechnungsvorgang wird in einer ähnlichen Art und Weise zu dieser von Schritt S150 von 2 durchgeführt, und der Unterschied zu Schritt S150 liegt darin, dass die Zeitphase zum Aufnehmen des Wasserstoffgasdrucks P im Vergleich zu der Einheitszeit verlängert ist (beispielsweise 2 bis 5 Sekunden). Der Grund für das längere Intervall liegt darin, um die Genauigkeit beim Erfassen einer Gasleckage zu verbessern. Das Zeitintervall muss jedoch nicht notwendigerweise länger als die Einheitszeit sein und diese kann ebenso kürzer oder gleich der Einheitszeit sein.
  • Nachfolgend führt die Steuerungseinheit 100 eine Beurteilung dahingehend durch, ob die bei Schritt S230 erhaltene Rate des Abfalls Vp2 einen vorgeschriebenen Wert VB erreicht oder überschritten hat. Auch wenn keine Wasserstoffgasleckage von dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL vorliegt, fällt der Wasserstoffgasdruck P aufgrund einer Kreuzleckage zwischen der Anode und der Kathode des Brennstoffzellenstapels 40 leicht ab. Der vorgeschriebene Wert VB ist derart eingestellt, dass dieser irgendeine fehlerhafte Erfassung eines Druckabfalls aufgrund der Kreuzleckage als Wasserstoffgasleck verhindert.
  • Bei dem Start des Brennstoffzellenstapels 40 liegen, wie vorstehend erläutert, zwei Gründe für den Abfall des Wasserstoffgasdrucks P vor, einer davon entspricht einer Gasleckage in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL und der andere liegt darin, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 20 für eine lange Zeitphase ohne Betrieb geblieben ist. Dabei wird veranlasst, da die Initial-Druckbeaufschlagung bei Schritt S120 des Startvorgangs von 2 durchgeführt wurde, dass die Luft, welche in das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem gemischt wurde, da das Fahrzeug für eine lange Zeitphase ohne Betrieb geblieben ist, mit dem eingeführten Wasserstoffgas in einer Verbrennungsreaktion reagiert und in Form von Wasser abgeführt werden soll. Daher entspricht die Gasleckage in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs, wenn der Vorgang von Schritt S230 ausgeführt wird, dem einzigen verbleibenden Grund für den Abfall des Wasserstoffgasdrucks P. Wenn daher eine Beurteilung erfolgt, dass die bei Schritt S230 ermittelte Rate des Abfalls Vp2 nicht kleiner als der vorgeschriebene Wert VB ist, veranlasst die Steuerungseinheit 100, dass das formale Beurteilungskennzeichen F2 eingeschaltet wird (= Wert auf 1) (Schritt S250). Mit anderen Worten, das formale Beurteilungskennzeichen F2 wird infolge der formalen Beurteilung eingeschaltet, was eine Gasleckage in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL angibt (das heißt abnormal) (gestrichelte Linie der Zeit t5 in 4).
  • Falls hingegen bei Schritt S240 eine Beurteilung erfolgt, dass die Rate des Abfalls Vp2 des Wasserstoffgasdrucks P unter dem vorgeschriebenen Wert VB liegt, wird das formale Beurteilungskennzeichen F2 abgeschaltet (= Wert auf 0) (Schritt S260). In diesem Fall ist das vorläufige Beurteilungskennzeichen F1 eingeschaltet, dies liegt jedoch daran, da das Fahrzeug für eine lange Zeitphase ohne Betrieb geblieben ist, und es kann angenommen werden, dass in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL tatsächlich keine Gasleckage vorliegt. Aus diesem Grund wird das formale Beurteilungskennzeichen F2 infolge der formalen Beurteilung, welche angibt, dass in dem Wasserstoff-Niederdrucksystem HL keine Gasleckage vorliegt (das heißt normal), in einem Aus-Zustand gehalten (durchgehende Linie zu der Zeit t5 in 4). Nach der Ausführung von Schritt S250 oder S260 beendet die Steuerungseinheit 100 den Vorgang bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs.
  • Falls das formale Beurteilungskennzeichen F2 eingeschaltet wird, wird der Leistungserzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstapels 40 durch eine weitere Routine gestoppt (unterbrochene Linie der Zeit t5 in 4). Das System kann zu der gleichen Zeit, zu welcher der Leistungserzeugungsbetrieb stoppt, die Aufmerksamkeit des Nutzers durch das Ausgeben einer Warnung mittels eines Geräuschs und von Anzeigen erlangen.
  • Die Vorgänge der Schritte S110 und S120 während des Startvorgangs von 2 entsprechen den Funktionen, welche durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit 102 durchgeführt werden (1). Die Vorgänge der Schritte S150 bis S190 während des Startvorgangs von 2 und der Vorgang von Schritt S120 während des Vorgangs bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs von 3 entsprechen den Funktionen, die durch die Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gasleckage-Erfassungseinheit 104 durchgeführt werden.
  • C. Effekte der Steuerung durch das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem:
  • Gemäß dem Brennstoffzellensystem 30 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die in das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL gemischte Luft aufgrund dessen, dass das Fahrzeug für eine lange Zeitphase ohne Betrieb geblieben ist, durch eine Verbrennungsreaktion mit Wasserstoffmittels Unter-Druck-Setzen des Wasserstoff-Niederdrucksystems HL mit der Initial-Druckbeaufschlagungseinheit 102 entfernt. Anschließend wird das System durch die Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gasleckage-Erfassungseinheit 104 erneut unter Druck gesetzt, um ein Wasserstoffgasleck zu erfassen. Daher kann dies eine fehlerhafte Erfassung eines Wasserstoffgaslecks infolge des Mischens von Luft in das Wasserstoff-Niederdrucksystem HL verhindern. Außerdem verzögert die Gasleckerfassung den Start der Leistungserzeugung nicht, da das Brennstoffzellensystem 30 bei dem Start lediglich eine vorläufige Beurteilung durchführt und die formale Gasleckerfassung bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs durchgeführt wird.
  • D. Luftsystemsteuerung:
  • Abgesehen von der Konfiguration, um ein Wasserstoffgasleck zu erfassen, wie vorstehend beschrieben, weist das Brennstoffzellenfahrzeug 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf, welche Fehlfunktionen des Mengenteiler-Sperrventils 63 und des Druck-Anpass-Sperrventils 67 erfasst, die in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 als ein Luftsystem vorgesehen sind. Üblicherweise besitzen die in dem Luftsystem eingebauten Bauteile keinen großen Einfluss auf die Erfassungsergebnisse des Drucksensors im Falle einer Fehlfunktion innerhalb des normalen Betriebsbereichs (Zustands). Aus diesem Grund war die Erfassung von Fehlfunktionen bei den in dem Luftsystem eingebauten Bauteilen herkömmlich schwierig. Um damit umzugehen, werden bei der vorliegenden Ausführungsform Fehlererfassungen des Mengenteiler-Sperrventils 63 und des Druck-Anpass-Sperrventils 67, welche in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 eingebaut sind, durch Erhöhen der Drehzahl des Luftverdichters 62 und des in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 strömenden Luftbetrags, um die Empfindlichkeit des Drucksensors zu erhöhen, ermöglicht. Dieses Vorgehen der Fehlfunktionserfassung (nachfolgend als „Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgang” bezeichnet) wird durch die Steuerungseinheit 100 durchgeführt.
  • 5 ist eine darstellende Abbildung, welche verschiedene Zustände während der Ausführung des Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgangs und zeitliche Veränderungen von Parametern davon zeigt. Die Abbildung zeigt ein Erfüllen und einen Fehler bzw. ein nicht Erfüllen beim Betrachten der Ausführungsbedingung, die Drehzahl (insbesondere Umdrehungen pro Einheitszeit) des Luftverdichters 62, den Öffnungs-Schließ-Status des Druck-Anpass-Sperrventils 67, die Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 und den durch den in dem Luft-Zuführ- und Abführmechanismus 60 vorgesehenen Drucksensor 65 erfassten Luftdruck Pair.
  • Das „Erfüllen und der Fehler bzw. das nicht Erfüllen beim Betrachten der Ausführungsbedingung” gibt an, ob die zum Ausführen des Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgangs erforderliche Bedingung erfüllt ist oder nicht. Die Ausführungsbedingung liegt darin, dass zumindest eine der nachfolgenden Bedingungen a) bis c) nach dem Start des Brennstoffzellenstapels 40 und des Leistungserzeugungsbetriebs erfüllt ist:
    • a) Der Schalthebel (nicht gezeigt) befindet sich in dem „P”- oder „N”-Bereich.
    • b) Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist niedriger als 3 km/h.
    • c) Die Gaspedalöffnung ist kleiner als 5%.
  • Der Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgang ist nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben. Der Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgang wird durch Steuern jedes Bauteils des Brennstoffzellensystems 30 durch die Steuerungseinheit 100 erreicht. Wie in der Abbildung gezeigt ist, erhöht die Steuerungseinheit 100, wenn die Ausführungsbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Luftverdichters 62 (Zeit t11). Hierbei steht die „Drehzahl” für die Drehzahl pro Einheitszeit und insbesondere für die Anzahl von Umdrehungen pro Einheitszeit. Die Drehzahl des Luftverdichters 62 wird allmählich erhöht, um zu der Zeit t12 eine vorgegebene Drehzahl Na zu erreichen. Nach der Zeit t12 bis hin zu t14, wie später beschrieben, hält der Luftverdichter 62 dessen Drehzahl auf der vorgegebenen Drehzahl Na. Na entspricht einer Drehzahl, welche hoch genug ist, um die Erfassungsergebnisse des Drucksensors zu beeinflussen (das heißt, um eine ausreichende Druckempfindlichkeit vorzusehen).
  • Bei dem Start des Brennstoffzellenstapels 40 beträgt die Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 100% (Bedingung, bei welcher die gesamte Luft ausgehend von dem Luftverdichter 62 in Richtung hin zu dem Brennstoffzellenstapel 40 strömt) und das Druck-Anpass-Sperrventil 67 befindet sich in einem offenen Zustand. Wenn die Drehzahl des Luftverdichters die vorgegebene Drehzahl Na erreicht, steuert die Steuerungseinheit 100 das Druck-Anpass-Sperrventil 67 ausgehend von „offen” hin zu „geschlossen” (Zeit t12). Wenn das Druck-Anpass-Sperrventil 67 mit der Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 auf 100% von „offen” hin zu „geschlossen” gesteuert wird, nimmt der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck Pair allmählich zu, solange das Druck-Anpass-Sperrventil 67 keine Fehlfunktion aufweist (das heißt normal ist). Falls das Druck-Anpass-Sperrventil 67 hingegen eine Fehlfunktion aufweist (das heißt abnormal ist), schließt sich dieses nicht und bewirkt nicht, dass der Luftdruck Pair zunimmt. Daher kann die Steuerungseinheit 100 basierend darauf, ob der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck Pair bei und nach der Zeit t12 ansteigt, eine Beurteilung dahingehend durchführen, ob das Druck-Anpass-Sperrventil 67 normal (normal A) oder abnormal (abnormal A) ist (Zeit t13).
  • Bei oder nach der Zeit t13 stellt die Steuerungseinheit 100 das Druck-Anpass-Sperrventil 67 in einem halb offenen Zustand ein und diese stellt die Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 auf 0% ein (alles strömt in Richtung hin zu dem Bypass 69) (Zeit t14). Bei oder nach der Zeit t14 erhöht die Steuerungseinheit 100 die Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 ausgehend von 0%. Dann, falls das Mengenteiler-Sperrventil 63 keine Fehlfunktion aufweist (das heißt normal ist), nimmt der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck Pair allmählich zu. Falls hingegen das Mengenteiler-Sperrventil 63 eine Fehlfunktion aufweist (das heißt abnormal ist), öffnet sich das Mengenteiler-Sperrventil 63 nicht, um zu veranlassen, dass sich der Luftdruck Pair erhöht. Daher kann die Steuerungseinheit 100 bei oder nach der Zeit t14 in Abhängigkeit davon, ob der durch den Drucksensor 65 erfasste Luftdruck Pair zunimmt oder nicht, eine Beurteilung dahingehend durchführen, ob das Mengenteiler-Sperrventil 63 normal (normal B) oder abnormal (abnormal B) ist (Zeit t15). Bei oder nach der Zeit t14 wird das Druck-Anpass-Sperrventil 67 geöffnet und das Mengenteiler-Sperrventil 63 stellt dessen Öffnung auf 100% ein (Zeit t16).
  • Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Steuerungseinheit 100 durch Steuern der Drehzahl des Luftverdichters 62, des Öffnungs-Schließ-Status des Druck-Anpass-Sperrventils 67 und der Öffnung des Mengenteiler-Sperrventils 63 durch den Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgang Beurteilungen hinsichtlich Fehlfunktionen des Druck-Anpass-Sperrventils 67 und des Mengenteiler-Sperrventils 63 bei und nach dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs des Brennstoffzellenstapels 40 durchführen.
  • Der funktionale Teil der vorstehend beschriebenen Steuerungseinheit 100, welcher die Funktion zum Erhöhen der Drehzahl des Luftverdichters und zum Aufrechterhalten dieser für eine vorgegebene Zeitphase durchführt, kann in der vorliegenden Spezifikation als eine „Drehzahl-Steuerungseinheit 106” bezeichnet sein. Außerdem kann der funktionale Teil der vorstehend beschriebenen Steuerungseinheit, welcher die Funktion zum Erfassen einer Fehlfunktion des Ventils basierend auf der Druckschwankung während der vorgegebenen Zeitphase erreicht, in der vorliegenden Spezifikation als eine „Fehlfunktions-Erfassungseinheit 108” bezeichnet sein.
  • Der vorstehend beschriebene Luftsystem-Fehlfunktions-Erfassungsvorgang kann durch den Insassen des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 während der Fahrt durchgeführt werden, der Vorgang kann jedoch stattdessen bei einer Werksinspektion des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 oder einer Inspektion in einer Werkstatt nach der Auslieferung durchgeführt werden. Wenn die Drehzahl des Luftverdichters 62 erhöht wird, wird zum Unbehagen der Insassen des Fahrzeugs ein Geräusch erzeugt, was vermieden werden kann, falls die Inspektion in dem Werk oder der Werkstatt nach der Auslieferung durchgerührt wird.
  • E. Modifizierte Beispiele:
  • Beispiel 1:
  • Bei der vorangehenden Ausführungsform wurde die formale Gasleckerfassung bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs durchgeführt, die Zeit dieser Erfassung muss jedoch nicht notwendigerweise bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs liegen.
  • Eine solche Erfassung kann zu irgendeiner Zeit durchgeführt werden, sobald der Wasserstoffgasdruck P den vorgegebenen Druck Pa erreicht hat.
  • Beispiel 2:
  • Bei der vorangehenden Ausführungsform führt die Steuerungseinheit 100 eine Beurteilung hinsichtlich eines Druckabfalls von Wasserstoffgas auf ein vorgegebenes Niveau mittels Beurteilen dahingehend, ob die Rate des Abfalls Vp1 des Wasserstoffgasdrucks P den vorgeschriebenen Wert VA erreicht oder überschritten hat (Schritt S160 von 2), und Beurteilen dahingehend, ob der Wasserstoffgasdruck P gleich dem zweiten Gasdruck Pb oder niedriger geworden ist (Schritt S170 von 2), durch. Eine solche Beurteilung kann jedoch basierend auf einem vorgegebenen Niveau des Abfalls, wie bei einem der Schritte S160 und S170 festgestellt, erfolgen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, wird die Drehzahl des Luftverdichters erhöht, um für eine vorgegebene Zeitphase auf diesem Niveau gehalten zu werden, und irgendeine Ventil-Fehlfunktion wird basierend auf den Druckschwankungen während der gleichen Phase erfasst. Es kann jedoch ein anderer Aspekt angewendet werden, bei welchem die Wasserstoffgasleckerfassung ohne eine solche Fehlfunktionserfassung des Luftsystems durchgeführt wird (siehe beispielsweise 2 und 3).
  • Ein Teil der Funktionen, welche bei der vorstehenden Ausführungsform durch die Softwarekonfiguration implementiert sind, können durch Hardware (beispielsweise integrierte Schaltung) konfiguriert sein, und ein Teil der durch die Hardwarekonfiguration implementierten Funktionen kann durch Software konfiguriert sein.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen oder modifizierten Beispiele beschränkt und kann innerhalb des Bereichs, um von dem Grundgedanken der Erfindung nicht abzuweichen, in verschiedenartigen Konfigurationen implementiert sein. Beispielsweise können die technischen Charakteristika der Ausführungsformen entsprechend diesen bei jedem Aspekt, wie in der „Offenbarung der Erfindung” beschrieben, geeignet ersetzt oder kombiniert werden, um das gesamte oder einen Teil des vorstehenden Problems zu lösen oder die Gesamtheit oder einen Teil der vorstehend beschriebenen Effekte zu erreichen. Außerdem entsprechen die Komponenten der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und modifizierten Beispiele, welche sich von denjenigen unterscheiden, die in unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, zusätzliche Komponenten und diese können geeignet gestrichen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014-230633 [0001]
    • JP 2010-238495 A [0003]

Claims (7)

  1. Brennstoffzellensystem, welches mit einer Brennstoffzelle vorgesehen ist, aufweisend: ein Wasserstoffgas-Zirkulationssystem, welches Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt, während das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas mit dem neu zugeführten Wasserstoffgas vermischt wird; ein Wasserstoffgas-Zuführventil, welches den Betrag des hin zu dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem geführten Wasserstoffgases steuert; eine Druck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems erfasst; eine Initial-Druckbeaufschlagungseinheit, welche das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem durch temporäres Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils bei dem Start der Brennstoffzelle unter Druck setzt; und eine Wieder-Druckbeaufschlagungs- und Gas-Erfassungseinheit, welche das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem nach der Druckbeaufschlagung durch die Initial-Druckbeaufschlagungseinheit durch Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils erneut unter Druck setzt, wenn bei dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck ein vorgegebenes Niveau einer Abnahme festgestellt wird, und welche eine Wasserstoffgasleckage von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem basierend auf dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck zu einer vorgegebenen Zeit nach der Druckbeaufschlagung erfasst.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Zeit bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs der Brennstoffzelle liegt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wasserstoffgas-Zirkulationssystem aufweist: einen Wasserstoffgas-Zuführkanal, welcher das über das Wasserstoff-Zuführventil zugeführte Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt; und einen Zirkulationskanal, welcher das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas hin zu dem Wasserstoffgas-Zuführkanal zirkuliert.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: ein Luftsystem mit einem Kanal und einem Ventil zum Zuführen von Luft hin zu der Brennstoffzelle; einen Luftverdichter, welcher Luft hin zu dem Luftsystem befördert; eine Luftdruck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Luftsystems erfasst; eine Drehzahl-Steuerungseinheit, welche die Drehzahl des Luftverdichters erhöht und die Drehzahl für eine vorgegebene Zeitphase hält, und eine Fehlfunktions-Erfassungseinheit, welche eine Fehlfunktion des Ventils basierend auf den Druckschwankungen während der vorgegebenen Zeitphase, welche durch die Luftdruck-Erfassungseinheit erfasst werden, erfasst.
  5. Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks für ein Brennstoffzellensystem, welches mit einer Brennstoffzelle, einem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem, das Wasserstoffgas hin zu der Brennstoffzelle führt, während das von der Brennstoffzelle abgeführte Wasserstoffgas mit dem neu zugeführten Wasserstoffgas vermischt wird, einem Wasserstoffgas-Zuführventil, welches den Betrag der Wasserstoffgaszuführung hin zu dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem steuert, und einer Druck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems erfasst, vorgesehen ist, aufweisend: Unter-Druck-Setzen des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems durch temporäres Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils bei dem Start der Brennstoffzelle; und erneutes Unter-Druck-Setzen des Wasserstoffgas-Zirkulationssystems durch Öffnen des Wasserstoffgas-Zuführventils, wenn bei dem durch die Druckerfassung erfassten Druck nach der Druckbeaufschlagung ein vorgegebenes Niveau einer Abnahme festgestellt wird, und Erfassen eines Wasserstoffgaslecks von dem Wasserstoffgas-Zirkulationssystem basierend auf dem durch die Druck-Erfassungseinheit erfassten Druck zu einer vorgegebenen Zeit nach der Druckbeaufschlagung.
  6. Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks nach Anspruch 5, wobei die vorgegebene Zeit bei dem Start des Leistungserzeugungsbetriebs der Brennstoffzelle liegt.
  7. Verfahren zum Erfassen eines Wasserstoffgaslecks nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Brennstoffzellensystem ferner aufweist: ein Luftsystem mit einem Kanal und einem Ventil zum Zuführen von Luft hin zu der Brennstoffzelle; einen Luftverdichter zum Fördern von Luft hin zu dem Luftsystem; eine Luftdruck-Erfassungseinheit, welche den Innendruck des Luftsystems erfasst, wobei das Verfahren zum Erfassen des Wasserstoffgaslecks aufweist: Erhöhen der Drehzahl des Luftverdichters und Halten der Drehzahl für eine vorgegebene Zeitphase; und Erfassen einer Fehlfunktion des Ventils basierend auf den Druckschwankungen während der vorgegebenen Zeitphase, welche durch die Luftdruck-Erfassungseinheit erfasst werden.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10113552B2 (en) * 2016-10-13 2018-10-30 Caterpillar Inc. System, method, and apparatus to monitor compressor health
CN107515111B (zh) * 2017-08-30 2024-03-19 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种蓄电池阀门测试装置及蓄电池阀门检测方法
CN110254295B (zh) * 2019-05-15 2022-10-11 重庆长安汽车股份有限公司 用于氢燃料电池汽车的氢气泄漏处理***、方法及汽车
CN110752394B (zh) * 2019-09-25 2021-07-20 潍柴动力股份有限公司 燃料电池泄露检测方法及检测***
CN110926707B (zh) * 2019-12-13 2021-10-29 潍柴动力股份有限公司 储氢***泄漏的检测方法、装置及设备
US11251447B2 (en) * 2020-02-12 2022-02-15 GM Global Technology Operations LLC Process and system for detecting low-level fuel injector leakage in a fuel cell system
CN111346506A (zh) * 2020-03-17 2020-06-30 广州市怡文环境科技股份有限公司 一种在线氢气零气发生器一体***
CN111811750A (zh) * 2020-06-12 2020-10-23 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池泄露检测装置
CN112213051A (zh) * 2020-09-03 2021-01-12 恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司 一种气密性检测方法、装置及电子设备
CN112164813B (zh) * 2020-09-25 2021-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于在线测量透水双极板漏气量的装置及方法
CN112635801B (zh) * 2020-12-24 2022-05-17 北京理工大学 一种用于氢氧燃料电池的氢泄漏监测***
CN113022331B (zh) * 2021-03-10 2022-06-21 北京卡达克科技中心有限公司 一种燃料电池车的氢泄漏监测报警方法及***
CN114142060A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种燃料电池车载氢气瓶泄漏排氢***及方法
CN114593360B (zh) * 2022-01-29 2023-06-16 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池车的供氢***、方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010238495A (ja) 2009-03-31 2010-10-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載する電動車両
JP2014230633A (ja) 2013-05-29 2014-12-11 グリー株式会社 ゲーム制御方法、ゲーム提供装置及びゲーム制御プログラム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11317236A (ja) 1997-12-22 1999-11-16 Aqueous Reserch:Kk 燃料電池システム
JP4876369B2 (ja) * 2003-06-19 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびガス漏洩検知方法
JP4730646B2 (ja) * 2004-09-16 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5013037B2 (ja) * 2005-07-01 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びそのガス漏れ検知方法並びに移動体
JP5196209B2 (ja) * 2005-08-09 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および燃料電池システムにおける燃料ガス漏れ判定方法
JP4378733B2 (ja) * 2007-11-08 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムと該システムにおける水素漏れ判定方法
JP4524804B2 (ja) 2007-12-25 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2009158371A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010238495A (ja) 2009-03-31 2010-10-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載する電動車両
JP2014230633A (ja) 2013-05-29 2014-12-11 グリー株式会社 ゲーム制御方法、ゲーム提供装置及びゲーム制御プログラム

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