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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das eine Impedanz einer Brennstoffzelle unter Verwendung eines Wechselstromimpedanzverfahrens misst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist bekannt, dass der Innenwiderstand einer Brennstoffzelle den Feuchtigkeitskoeffizienten einer Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle beeinflusst. In Fällen, bei denen die in der Brennstoffzelle enthaltene Feuchtigkeitsmenge gering ist und die Elektrolytmembran trocken ist, ist der Innenwiderstand hoch und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gering. In Fällen, bei denen die in der Brennstoffzelle enthaltene Feuchtigkeitsmenge übermäßig groß ist, ist, da eine Elektrode der Brennstoffzelle mit Feuchtigkeit überzogen ist, die Diffusion von Sauerstoff und Wasserstoff als Reaktanden behindert und die Ausgangsspannung ist gering.
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Um die Brennstoffzelle mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben ist es nötig, die in der Brennstoffzelle enthaltene Feuchtigkeitsmenge optimal zu regeln. Es ist bekannt, dass die in der Brennstoffzelle enthaltene Feuchtigkeitsmenge mit der Impedanz der Brennstoffzelle korreliert. In der
japanischen Offenlegungsschrift 2004-15992 (
JP 2004-15992 A ) wird eine Impedanz einer Brennstoffzelle gemäß einem Wechselstromimpedanzverfahren gemessen, um indirekt einen in der Brennstoffzelle herrschenden Feuchtigkeitszustand zu ermitteln. Genauer gesagt beschreibt die
JP 2004-15992 A das Überlagern eines Ausgangssignals der Brennstoffzelle mit einem sinusförmigen Signal mit beliebiger Frequenz und das Messen der Impedanz der Brennstoffzelle für diesen Fall.
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Jedoch ist die Samplinghäufigkeit bzw. Häufigkeit oder Frequenz der Abtastung, die beim Messen einer Spannung und eines Stroms zum Messen der Impedanz ausgeführt wird, aufgrund von Faktoren wie einer CPU-Last und dergleichen beschränkt. Daher kann es Umstände geben, bei denen die Impedanzmessung für die Brennstoffzelle nicht mit ausreichender Schärfe bzw. Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung verbessert die Leistung bei der Impedanzmessung für die Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem, das mit einer Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung ausgestattet ist.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem ist mit einer Brennstoffzelle; einer Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung mit N-Phasen (wobei N eine ganze Zahl größer gleich zwei ist), die mit der Brennstoffzelle verbunden ist; einem Steuersignal-Erzeugungsabschnitt, der Steuersignale erzeugt, um jede Phase der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung durch Überlagern einer Spannung, die eine Ausgangssollspannung der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung darstellt, mit einer Steuerschwingung zum Messen der Impedanz zu steuern, und der sequentiell Steuersignale entsprechend der N-Phasen mit einer vorgegebenen Phasendifferenz an die Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung ausgibt; und einem Impedanzberechnungsabschnitt ausgestattet, der einen Strom und eine Spannung der Brennstoffzelle in Zyklen entsprechend N vorgegebenen Abtastfrequenzen misst, die eine Phasendifferenz gleich der vorgegebenen Phasendifferenz haben, und der eine Impedanz der Brennstoffzelle basierend auf dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung berechnet. Bei dieser Konfiguration tastet, wenn der Strom und die Spannung zum Berechnen der Impedanz gemessen werden, der Impedanzberechnungsabschnitt den Strom der Brennstoffzelle und die Spannung der Brennstoffzelle in Zyklen entsprechend N vorgegebenen Abtastraten bzw. -frequenzen mit einer Phasendifferenz gleich der Phasendifferenz der Steuersignale, die zur Steuerung der jeweiligen Phasen der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung ausgegeben wurden, ab. Daher kann ein detailliertes Abtastergebnis nahe an der Form der Steuerschwingung erhalten werden. Die Leistung zum Messen der Impedanz der Brennstoffzelle im mit der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung ausgestatteten Brennstoffzellensystem kann somit verbessert werden.
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Die vorgegebene Phasendifferenz kann 360°/N sein.
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Das vorstehend genannte Brennstoffzellensystem kann zudem einen Akkumulator sowie eine Spannungswandlungsvorrichtung aufweisen, die mit dem Akkumulator verbunden ist. Bei dieser Konfiguration kann, selbst in Falle einer Konfiguration mit einer Spannungswandlungsvorrichtung zum Steuern der Ausgabe eines Akkumulators, ein Effekt ähnlich dem des ersten Aspekts der Erfindung erhalten werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Messen einer Impedanz eines Brennstoffzellensystems gerichtet. Das Brennstoffzellensystems, weist eine Brennstoffzelle und eine Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung mit N-Phasen (wobei N eine ganze Zahl größer gleich zwei ist) auf, die mit der Brennstoffzelle verbunden ist. Das Verfahren zum Messen einer Impedanz eines Brennstoffzellensystems umfasst: Erzeugen von Steuersignalen, um jede Phase der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung durch Überlagern einer Spannung, die eine Ausgangssollspannung der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung darstellt, mit einer Steuerschwingung zum Messen der Impedanz zu steuern; sequentielles Ausgeben der Steuersignale entsprechend der N-Phasen mit einer vorgegebenen Phasendifferenz an die Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung; und Messen eines Stromes und einer Spannung der Brennstoffzelle in Zyklen entsprechend N vorgegebenen Abtastraten bzw. -frequenzen, die eine Phasendifferenz gleich der vorgegebenen Phasendifferenz haben, und Berechnen einer Impedanz der Brennstoffzelle basierend auf dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung.
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Es sei angemerkt, dass die Erfindung auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann die Erfindung auf ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems, ein mobiles Objekt, beispielsweise ein Fahrzeug, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, oder dergleichen angewandt werden. Die Erfindung muss darüber hinaus nicht alle der vorstehend genannten Merkmale haben sondern kann auch dergestalt ausgeführt werden, dass einige dieser Merkmale weggelassen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen. Hierbei zeigen:
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1 eine beispielhafte Darstellung einer Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs HR mit einem daran montierten Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine beispielhafte Darstellung eines Ersatzschaltbildes einer Brennstoffzelle;
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3 eine beispielhafte Darstellung zur Erläuterung der Messung einer Innenimpedanz der Brennstoffzelle;
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4A und 4B beispielhafte Darstellungen zur Erläuterung von Steuersignalen, die durch einen Steuersignal-Erzeugungsabschnitt erzeugt werden;
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5A bis 5D beispielhafte Darstellungen zur Erläuterung der Abtastung in einem Impedanzberechnungsabschnitt; und
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6 eine beispielhafte Darstellung einer Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs HR mit einem daran montierten Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
- A. Erste Ausführungsform: 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs HR mit einem daran montierten Brennstoffzellensystem 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es sei angemerkt, dass die nachfolgende Beschreibung ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug (BZHF) als Beispiel für dass Fahrzeug betrachtet. Das Fahrzeug HR umfasst hauptsächlich das Brennstoffzellesystem 100, einen Inverter 60, einen Motor 61, eine Ausgangswelle 62, ein Untersetzungsgetriebe 63 und eine Fahrzeugantriebswelle 64.
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Der Inverter 60 wandelt vom Brennstoffzellensystem 100 ausgegebenen Gleichstrom in einen 3-Phasen-Wechselstrom und speist den Motor 61 mit dem 3-Phasen-Wechselstrom. Der Motor 61 ist eine Antriebsquelle des Fahrzeugs HR, die als Synchronmotor ausgebildet ist, und ist mir einer Phasenwicklung zum Ausbilden eines rotierenden Magnetfelds ausgestattet. Der Motor 61 ist mit der Ausgangswelle 62 verbunden, um Antriebsleistung an die Ausgangswelle 62 zu übertragen. Es sei angemerkt, dass der Motor 61 beim Bremsen auch als Generator fungieren kann. Die vom Motor 61 an die Ausgangswelle 62 ausgegebene Antriebsleistung wird über das Untersetzungsgetriebe 63 an die Fahrzeugantriebswelle 64 übertragen.
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Das Brennstoffzellensystem 100 besteht hauptsächlich aus einer Steuereinheit 10, einer Batterie 20, einem DC-DC-Wandler 30, einer Brennstoffzelle 40, Fahrzeughilfsaggregaten (Fahrz.-Hilfsaggregate) 50 und BZ-Hilfsaggregaten 51. Die Steuereinheit 10 ist als Logikschaltung ausgebildet, die hauptsächlich aus einem Mikrocomputer besteht. Genauer gesagt ist die Steuereinheit 10 mit einer (nicht dargestellten) CPU, die vorgegebene Berechnungen und dergleichen entsprechend einem voreingestellten Steuerprogramm durchführt, einem (nicht dargestellten) ROM, in welchem die zur Ausführung der verschiedenen Berechnungen durch die CPU benötigten Steuerprogramme, Steuerdaten und dergleichen vorab gespeichert werden, einem (nicht dargestellten) RAM, aus dem und in das verschiedene Daten, die zur wie vorstehend beschriebenen Ausführung der verschiedenen Berechnungen durch die CPU benötigt werden, zeitweise ausgelesen und geschrieben werden, einem (nicht dargestellten) Eingabe-/Ausgabe-Anschluss, in welchen und aus dem verschiedene Signale ein- und ausgegeben werden, und dergleichen ausgestattet. Die Steuereinheit 10 ist mit einem Gaspedalsensor 11, einem (nicht dargestellten) Schaltpositionssensor, einem (nicht dargestellten) Bremssensor und dergleichen über Signalleitungen verbunden. Die Steuereinheit 10 erhält Informationen über den Antriebszustand des Fahrzeugs, beispielsweise einen Beschleunigeröffnungsgrad, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen von Erfassungsergebnissen dieser Sensoren und erzeugt Antriebssignale für den DC-DC-Wandler 30 des Brennstoffzellensystems 100 (wie später im Detail beschrieben werden wird).
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Die Batterie 20 ist eine wieder aufladbare/entladbare Sekundärbatterie. Beispielsweise können verschiedene Sekundärbatterien wie eine Bleispeicherbatterie, eine Nickel-Cadmium-Speicherbatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie, eine Lithiumspeicherbatterie und dergleichen als die Batterie 20 verwendet werden. Die Batterie 20 ist auf einer Entladeleitung der Brennstoffzelle 40 zwischengeschaltet und parallel zu der Brennstoffzelle 40 angeschlossen. Es sei angemerkt, dass anstelle der Sekundärbatterie auch ein wieder aufladbarer/entladbarer Akkumulator (z. B. ein Kondensator) statt der Batterie 20 verwendet werden kann.
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Die Brennstoffzelle 40 erzeugt elektrische Leistung aus zugeführtem Brenngas und zugeführtem Oxidationsgas. Die Brennstoffzelle 40 hat eine Stapelstruktur, bei welcher eine Mehrzahl von Einheitszellen, die mit einer Membran-Elektroden-Anordnung (nachfolgend als „MEA” bezeichnet) und dergleichen ausgestattet sind und in Reihe nacheinander aufgestapelt sind. Verschiedene Arten von Brennstoffzellen (z. B. eine Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzelle, eine Schmelzkarbon-Brennstoffzelle und dergleichen) können als Brennstoffzelle 40 verwendet werden.
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Die Batterie 20 und die Brennstoffzelle 40 sind parallel mit dem Inverter 60 verbunden. Ferner ist eine Schaltung, die sich von der Brennstoffzelle 40 zum Inverter 60 erstreckt, mit einer Diode 42 ausgebildet, um einen Rückfluss eines Stromes von der Batterie 20 oder eines Stromes einer durch den Motor 61 erzeugten elektrischen Leistung zu verhindern.
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Wie vorstehend angeführt ist, um eine angemessene Verteilung der Ausgaben beider Stromquellen, nämlich der Batterie 20 und der Brennstoffzelle 40, die parallel zueinander geschaltet sind, zu erreichen, bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung (ein DC-DC-Wandler 30) vorgesehen. Der DC-DC-Wandler 30 dient zum Erhöhen (oder Senken) einer von der Brennstoffzelle 40 eingegebenen Gleichspannung auf eine gegebene Sollspannung, und zum Ausgeben der Sollspannung. Der DC-DC-Wandler 30 umfasst eine Mehrzahl von Modulen zur Zufuhr elektrischer Leistung, die parallel zueinander betrieben werden können. Die jeweiligen Module zur Zufuhr elektrischer Leistung bilden Phasen des DC-DC-Wandlers 30. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein 2-Phasen-DC-DC-Wandler mit einem eine U-Phase bildenden Modul für elektrische Leistung und einem eine V-Phase bildenden Modul zur Zufuhr elektrischer Leistung als Beispiel beschrieben. Es sei angemerkt, dass der DC-DC-Wandler 30 auch als Schalter zum Steuern eines Verbindungszustandes zwischen der Batterie 20 und einer Leitung, mit der die Batterie 20 verbunden ist, dient. Genauer gesagt wird, wenn kein Bedarf besteht, die Batterie 20 zu laden oder zu entladen, die Batterie 20 von der Leitung, mit der die Batterie 20 verbunden ist, getrennt.
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Die Fahrzeughilfsaggregate (Fahrz.-Hilfsaggregate) 50 bezeichnen verschiedene elektrische Bauteile, die während des Betriebs des Fahrzeugs und dergleichen verwendet werden. Die Fahrzeughilfsaggregate 50 umfassen beispielsweise eine Beleuchtung, eine Klimaanlage und eine Hydraulikpumpe. Die BZ-Hilfsaggregate 51 bezeichnen verschiedene elektrische Bauteile, die zum Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Die BZ-Hilfsaggregate 51 umfassen beispielsweise eine Pumpe zum Zuführen von Brenngas und einem reformierten Material und eine Heizvorrichtung zum Einstellen der Temperatur eines Reformers. Die Fahrzeughilfsaggregate 50 und die BZ-Hilfsaggregate 51 sind zwischen der Batterie 20 und dem DC-DC-Wandler 30 angeschlossen.
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2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Ersatzschaltbildes der Brennstoffzelle 40. Die Brennstoffzelle 40 wird durch einen Separatorwiderstand R1, einen MEA-Widerstand R2 und einen Elektrodenkondensator C dargestellt. Diese Widerstände R1 und R2 und der Kondensator C bilden eine Innenimpedanz der Brennstoffzelle 40. Eine innere Eigenschaft der Brennstoffzelle 40 kann durch Messen der Innenimpedanz bestimmt werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
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3 zeigt eine beispielhafte Darstellung zum Erläutern der Messung der Innenimpedanz der Brennstoffzelle 40. Die Steuereinheit 10 ist mit einem Sollspannungs-Bestimmungsabschnitt 110, einem Erzeugungsabschnitt für ein überlagertes Signal 120, einen Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 und einem Impedanzberechnungsabschnitt 140 ausgebildet. Der Sollspannungs-Bestimmungsabschnitt 110 bestimmt eine Ausgangssollspannung des DC-DC-Wandlers 30 auf Basis von Sensorsignalen, die von dem Gaspedalsensor 11 (siehe 1) und dergleichen eingegeben werden, und gibt diesen Wert an den Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 aus. Der Erzeugungsabschnitt für ein überlagertes Signal 120 erzeugt eine Steuerschwingung (z. B. eine Sinusschwingung mit einer Amplitude a) zum Messen der Impedanz, mit der die Ausgangssollspannung überlagert werden soll, und gibt diese Steuerschwingung an den Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 aus. Es sei angemerkt, dass die Ausgangssollspannung und die entsprechenden Parameter der Steuerschwingung (die Art, die Frequenz sowie der Amplitudenwert der Schwingung) in geeigneter Weise entsprechend der Auslegung des Systems und dergleichen geändert werden können.
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Der Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 erzeugt Steuersignale zum Steuern der jeweiligen Phasen des DC-DC-Wandlers 30 durch Überlagern der Ausgangssollspannung mit der Steuerschwingung. Der Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 gibt sequentiell derart erzeugte Steuersignale mit einer vorgegebenen Phasendifferenz (genauer gesagt, mit einer um eine einer gewünschten Verzögerung entsprechenden Zeit versetzten Phase eines Ausgangsimpulses vom DC-DC-Wandler 30) als Steuersignale (uDuty und vDuty) entsprechend den jeweiligen Phasen des DC-DC-Wandlers 30 aus. Der DC-DC-Wandler 30 steuert eine Gleichspannung, die von der Brennstoffzelle 40 eingegeben wird, auf Basis der den jeweiligen Phasen entsprechenden Steuersignalen (uDuty, vDuty), die durch den Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 ausgegeben wurden. Genauer gesagt schaltet der DC-DC-Wandler 30 ein Schaltelement des der U-Phase im DC-DC-Wandler 30 entsprechenden elektrischen Leistungsmoduls auf Basis des Steuersignals uDuty ein/aus. In gleicher Weise schaltet der DC-DC-Wandler 30 ein Schaltelement des der V-Phase im DC-DC-Wandler 30 entsprechenden elektrischen Leistungsmoduls auf Basis des Steuersignals vDuty ein/aus.
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4 zeigt beispielhafte Ansichten zur Erläuterung der durch den Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 erzeugten Steuersignale. 4A zeigt schematisch die Steuersignale (uDuty, vDuty), die vom Steuersignalerzeugungsabschnitt 130 an den DC-DC-Wandler 30 ausgegeben werden. Eines der den jeweiligen Phasen im DC-DC-Wandler 30 entsprechenden Steuersignale wird somit mit einer Verzögerung ausgegeben, die einer vorgegebenen Phasendifferenz ps zueinander entspricht. Es sei angemerkt, dass diese Phasendifferenz ps vorab in einem Speicherbereich in der Steuereinheit 10 gespeichert werden kann. Die Phasendifferenz ps in dieser Ausführungsform der Erfindung ist 45°. 4B ist eine beispielhafte Darstellung, die eine Freuqenzkomponente Ifc eines vom DC-DC-Wandler 30 ausgegebenen BZ-Stromes zeigt. Es sei angemerkt, dass der BZ-Strom einen zu einem aktuellen Betriebspunkt der Brennstoffzelle 40 ausgegebenen Strom zeigt.
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5 zeigt beispielhafte Ansichten zur Erläuterung der Abtastung im Impedanzberechnungsabschnitt 140. 5A ist eine beispielhafte Darstellung, die schematisch die Frequenzkomponente Ifc des vom DC-DC-Wandler 30 ausgegebenen BZ-Stromes zeigt. Der Impedanzberechnungsabschnitt 140 tastet die Frequenzkomponente Ifc des vom DC-DC-Wandler 30 ausgegebenen BZ-Stromes in Zyklen (d. h. SFu, SFv) ab, die Abtastraten bzw. -frequenzen entsprechen, die den jeweiligen Phasen mit der gleichen Phasendifferenz ps als Phasendifferenz ps zwischen den in 4A gezeigten Steuersignalen uDuty und vDuty entsprechen. Das bedeutet, in dem Beispiel von 5A tastet der Impedanzberechnungsabschnitt 140 die beiden Abtastfrequenzen, die der Zahl der Phasen entsprechen, jeweils zu Zeitpunkten SFu, SFv eines Mittelbereichs von Sinusschwingungen und eines Bereichs mit maximaler Abweichung von der Mitte der Sinusschwingung ab. Es sein angemerkt, dass 5A nur ein Beispiel darstellt, und dass die Abtastfrequenz bzw. -rate oder Samplefrequenz frei gewählt werden kann.
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5B zeigt ein Ergebnis uIF der durch den Impedanzberechnungsabschnitt 140 im Abtastzyklus SFu durchgeführten Abtastung. 5C zeigt ein Ergebnis vIF der durch den Impedanzberechnungsabschnitt 140 im Abtastzyklus SFv durchgeführten Abtastung. 5D zeigt ferner ein Abtastergebnis uIF + vIF als Summe der wie vorstehend beschrieben erhaltenen Ergebnisse uIF und vIF.
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Der Impedanzberechnungsabschnitt 140 tastet, in gleicher Weise wie in 5 erklärt, auch die Frequenzkomponente Vfc der durch den Spannungssensor 141 erfassten Ausgangsspannung (nachfolgend als „BZ-Spannung” bezeichnet) zu einem aktuellen Betriebspunkt der Brennstoffzelle 40 ab und erhält ein Abtastergebnis der Frequenzkomponente Vfc der BZ-Spannung. Der Impedanzberechnungsabschnitt 140 führt dann eine Abtastung des BZ-Stromes und der BZ-Spannung aus und berechnet die Impedanz der Brennstoffzelle 40, beispielsweise durch Dividieren eines BZ-Spannungssignals, das Fourier-transformiert wurde, durch ein BZ-Stromsignal, das Fourier-transformiert wurde.
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Wie vorstehend beschrieben führt, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wenn die BZ-Spannung und der BZ-Strom zur Impedanzberechnung gemessen werden, der Impedanzberechnungsabschnitt 140 eine Abtastung mit den Zyklen SFu und SFv entsprechend der Abtastfrequenzen entsprechend den jeweiligen Phasen, die die gleiche Phasendifferenz ps als Phasendifferenz zwischen den an die jeweiligen Phasen des DC-DC-Wandlers 30 ausgegebenen Steuersignalen uDuty und vDuty haben, aus. Der Impedanzberechnungsabschnitt 140 kann daher, als Ergebnis der Messung des BZ-Stromes und der BZ-Spannung, ein detailliertes Abtastergebnis erhalten, das in seiner Form nahe an der in 5D gezeigten Steuerschwingung ist. Der Impedanzberechnungsabschnitt 140 führt die Impedanzberechnung der Brennstoffzelle 40 auf Basis der derart erhaltenen Messwerte des BZ-Stromes und der BZ-Spannung aus. Als Ergebnis kann die Impedanzmessleistung der Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem, das mit der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung ausgestattet ist, verbessert werden.
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Ferner tastet, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, der Impedanzberechnungsabschnitt 140 den BZ-Strom und die BZ-Spannung mit den Zyklen SFu, SFv entsprechend der Mehrzahl der Abtastfrequenzen ab. Die auf die CPU in der Steuereinheit 10 aufgebrachte Last kann daher verglichen zu einem Fall, wo der Impedanzberechnungsabschnitt 140 die Abtastung in einem Zyklus entsprechend einer einzelnen Abtastfrequenz, die höher als die Abtastfrequenz ist, verringert werden.
- B. Zweite Ausführungsform: 6 ist eine beispielhafte Darstellung eines Gesamtaufbaus eines Fahrzeugs HR mit einem Brennstoffzellensystem 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform der Erfindung und der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass ein zusätzlicher DC-DC-Wandler 31 vorgesehen ist, wobei die zweite Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf die weiteren Bestandteile und Funktionen sonst gleich der ersten Ausführungsform der Erfindung ist. Es sei angemerkt, dass in 6 die Bauteile, die gleich zur ersten Ausführungsform der Erfindung sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der vorgenannten ersten Ausführungsform der Erfindung gekennzeichnet sind, und dass auf eine detaillierte Beschreibung dieser Bauteile bzw. Bestandteile verzichtet wird. Der DC-DC-Wandler 31 ist zwischen der Batterie 20 und dem Inverter 60 angeordnet und dient zum Erhöhen (oder Senken) einer von der Batterie 20 eingegebenen Gleichspannung auf eine gegebene Sollspannung, sowie zum Ausgeben der Sollspannung. Es sei angemerkt, dass der DC-DC-Wandler 30 der zweiten Ausführungsform der Erfindung sich von dem der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass er nicht als Schalter zum Steuern des Verbindungszustands zwischen der Batterie 20 und der Leitung, mit der die Batterie 20 verbunden ist, dient.
- Bei dieser Konfiguration kann, wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, die Impedanzmessleistung der Brennstoffzelle im Brennstoffzellensystem, das mit der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung (dem DC-DC-Wandler 30) ausgestattet ist, verbessert werden.
- C. Modifizierte Beispiele: Es sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen begrenzt ist sondern auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann, ohne von ihrer Kernaussage abzuweichen. So kann die Erfindung beispielsweise wie folgt modifiziert werden.
- C1. Modifiziertes Beispiel 1: Die vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung wurden Bezug nehmend auf einen (N = 2) 2-Phasen-DC-DC-Wanlder 30 als Beispiel der Mehrphasen-Spannungswandlungsvorrichtung beschrieben. Es ist dabei jedoch ausreichend, dass der DC-DC-Wandler der Erfindung ein Mehrphasenwandler ist, und die Zahl der Phasen des in der Erfindung verwandten DC-DC-Wandlers frei wählbar ist. Beispielsweise kann ein 3-Phasen-DC-DC-Wandler verwendet werden. In diesem Fall führt der Impedanzberechnungsabschnitt 140 die Abtastung mit den Zyklen SFu, SFv, SFw entsprechend den drei Abtastfrequenzen aus, die um die gleiche Phasendifferenz als die Phasendifferenz von den den jeweiligen Phasen entsprechenden Steuersignalen (uDuty, vDuty, wDuty) verzögert sind. Daher können noch detailliertere Abtastergebnisse des BZ-Stromes und der BZ-Spannung erhalten werden. Als Ergebnis kann die Leistung zum Messen der Impedanz der Brennstoffzelle weiter verbessert werden.
- C2. Modifiziertes Beispiel 2: Bei den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung wurden verschiedene Einstellwerte im Brennstoffzellensystem 100 an Beispielen dargestellt. Diese verschiedenen Einstellwerte (z. B. die Phasendifferenz ps) im Brennstoffzellensystem 100 können jedoch frei bestimmt werden. Beispielsweise kann die Phasendifferenz ps 360°/N sein.
- C3. Modifiziertes Beispiel 3: Die vorstehend genannten Ausführungsformen der Erfindung wurden auf Basis eines Brennstoffzellenfahrzeugs als Beispiel für das Fahrzeug beschrieben. Jedoch können zahlreiche Fahrzeuge als das mit dem Brennstoffzellensystem der Erfindung ausgestattete Fahrzeug angenommen werden. Beispielsweise kann die Erfindung auch auf Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge angewandt werden. Das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung kann zudem auch auf andere mobile Objekte als Fahrzeuge (z. B. Schiffe, Flugzeuge, etc.) angewandt werden.
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Obgleich die Erfindung Bezug nehmend auf ihre beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil, die Erfindung soll verschiedene Abwandlungen und äquivalente Ausführungen umfassen. Darüber hinaus fallen, obgleich die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt wurden, andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder auch nur einem einzelnen Element in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2004-15992 [0003]
- JP 2004-15992 A [0003, 0003]
