JP6968203B2 - 燃料電池システムにおける漏れを検知する方法および燃料電池システム。 - Google Patents
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Description
O2+4H++4e−→2H2O
となる。その際、燃料電池のアノードとカソードとの間に電圧が生じる。電圧を高くするために、複数の燃料電池が燃料電池スタックとなるよう機械的に前後に配置され、電気的に直列に接続されてよい。
Mab−Mdurch>GW
ならば生成される。
Mab=M1−M2
が成り立つ。
標準圧力(Normaldruck) P0=1013hPA、
標準温度(Normaltemperatur) T0=298K、
燃料のモル質量 M=2g(燃料が水素の場合)、
モル体積 Vm=22.4l
および圧縮ガス貯留器の実質容積V0である。
M1=P1/P0*T1/T0*M/Vm*V0(時間インターバルの初め)
M2=P1/P0*T1/T0*M/Vm*V0(時間インターバルの終わり)
が成り立つ。
Mdurch=F(P2,P3,Ta)
が成り立つ。
中圧P2、吹き込み圧P3、およびデューティ比Taは時間インターバル中に変化し得る。そのため流過量Mdurchを検出するために、例えば、時間インターバル中に相応の関数を用いてフローレート(Durchflussrate)が継続的に検出される。検出されたフローレートは、時間インターバルに対して積分され、流過量Mdurchは、時間インターバルに対する検出されたフローレートの積分値に相当する。流過量Mdurchの実際の検出のために、例えば時間インターバル内の多数の個々の時点について相応の関数を用いてそれぞれ離散フローレートが検出される。検出された離散フローレートが積算され、流過量Mdurchは離散フローレートの和に相当する。
3 燃料電池ユニット
11 負端子
12 正端子
21 アノード
22 カソード
36 圧縮ガス貯留器
41 高圧管路
42 中圧管路
43 吹き込み管路
44 温度センサ
45 第1圧力センサ
46 第2圧力センサ
47 第3圧力センサ
51 第1流れ方向
57 排出管路
61 第2流れ方向
66 供給管路
67 排出管路
70 減圧器
72 インジェクタ
GW 限界値
M1 第1量
M2 第2量
Mab 流出量
Mdurch 流過量
P1 高圧
P2 中圧
P3 吹き込み圧
T1 燃料温度
Ta デューティ比
Claims (7)
- アノード(21)およびカソード(22)を有する燃料電池ユニット(3)と圧縮ガス貯留器(36)と減圧器(70)とインジェクタ(72)とを備える燃料電池システム(1)における漏れを検知する方法であって、
a.所定の時間インターバルにおいて前記圧縮ガス貯留器(36)から流出する燃料の流出量(Mab)を決定するステップと、
b.前記燃料の流出量(Mab)が決定される前記所定の時間インターバル内において前記インジェクタ(72)を流れる燃料の流過量(Mdurch)を決定するステップと、
c.前記燃料の流出量(Mab)を前記燃料の流過量(Mdurch)と比較するステップと、
d.前記流出量(Mab)と前記流過量(Mdurch)との差が所定の限界値(GW)を超えた場合にエラー信号を生成するステップと、
を包含し、
前記圧縮ガス貯留器(36)内、または前記圧縮ガス貯留器(36)と前記減圧器(70)との間の高圧管路(41)内の高圧(P1)が測定され、
前記圧縮ガス貯留器(36)内、または前記高圧管路(41)内における燃料の温度(T1)が測定され、
前記ステップaにおいて、前記所定の時間インターバルの初めに、前記圧縮ガス貯留器(36)に入っている燃料量である第1量(M1)が算出され、当該所定の時間インターバルの終わりに、前記圧縮ガス貯留器(36)に入っている燃料量である第2量(M2)が算出され、前記第1量(M1)と前記第2量(M2)との差分が、前記所定の時間インターバルの期間内における前記燃料の流出量(Mab)として算出され、
前記第1量(M1)および/または前記第2量(M2)は、前記高圧(P1)と前記燃料の温度(T1)と、さらに標準圧力(P0)と、標準温度(T0)と、燃料のモル質量(M)と、モル体積(Vm)と、前記圧縮ガス貯留器(36)の実質容積(V0)と、に関する情報に基づいて算出される、
方法。 - 前記ステップbにおいて、前記所定の時間インターバル中に、
前記減圧器(70)と前記インジェクタ(72)との間に配置された中圧管路(42)における中圧(P2)が測定され、前記インジェクタ(72)と前記燃料電池ユニット(3)との間に配置された吹き込み管路(43)における吹き込み圧(P3)が測定され、
前記インジェクタ(72)の相応の特性曲線を用いて前記中圧(P2)と前記吹き込み圧(P3)とから前記流過量(Mdurch)が算出される、請求項1に記載の方法。 - 前記インジェクタ(72)は、パルス幅変調によって制御され、前記パルス幅変調がデューティ比(Ta)を有し、前記インジェクタ(72)の前記特性曲線は、前記中圧(P2)と前記吹き込み圧(P3)と前記デューティ比(Ta)とに対する前記流過量(Mdurch)の依存性を記述する、請求項2に記載の方法。
- アノード(21)およびカソード(22)を有する燃料電池ユニット(3)と圧縮ガス貯留器(36)と減圧器(70)とインジェクタ(72)とを備える、燃料電池システム(1)において、
所定の時間インターバルにおいて前記圧縮ガス貯留器(36)から流出する燃料の流出量(Mab)を決定する手段と、
前記所定の時間インターバルにおいて前記インジェクタ(72)を流れる燃料の流過量(Mdurch)を決定する手段と、
が設けられており、
前記所定の時間インターバルにおいて前記圧縮ガス貯留器(36)から流出する燃料の前記流出量(Mab)を決定する手段は、
前記圧縮ガス貯留器(36)に、または前記圧縮ガス貯留器(36)と前記減圧器(70)との間に配置された高圧管路(41)に配置されて該高圧管路(41)内の高圧(P1)を測定する第1圧力センサ(45)と、
前記圧縮ガス貯留器(36)に、または前記圧縮ガス貯留器(36)と前記減圧器(70)との間に配置された前記高圧管路(41)に配置されて該高圧管路(41)内の燃料の温度(T1)を測定する温度センサ(44)と、
を備え、
前記所定の時間インターバルの初めに、前記圧縮ガス貯留器(36)に入っている燃料量である第1量(M1)を算出し、当該所定の時間インターバルの終わりに、前記圧縮ガス貯留器(36)に入っている燃料量である第2量(M2)を算出し、
前記第1量(M1)と前記第2量(M2)との差分を、前記所定の時間インターバルの期間内における前記燃料の流出量(Mab)として算出し、
前記第1量(M1)および/または前記第2量(M2)を、前記高圧(P1)と前記燃料の温度(T1)と、さらに標準圧力(P0)と、標準温度(T0)と、燃料のモル質量(M)と、モル体積(Vm)と、前記圧縮ガス貯留器(36)の実質容積(V0)と、に関する情報に基づいて算出する、
ことを特徴とする、燃料電池システム。 - 前記所定の時間インターバルにおいて前記インジェクタ(72)を流れる燃料の前記流過量(Mdurch)を決定する手段は、
前記減圧器(70)と前記インジェクタ(72)との間に配置された中圧管路(42)に配置されている第2圧力センサ(46)と、
前記インジェクタ(72)と前記燃料電池ユニット(3)との間に配置された吹き込み管路(43)に配置されている第3圧力センサ(47)と
を備えることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池システム(1)。 - 前記インジェクタ(72)は、デューティ比(Ta)を有するパルス幅変調によって制御可能であり、
前記第2圧力センサ(46)によって測定された中圧(P2)と前記第3圧力センサ(47)によって測定された吹き込み圧(P3)と前記デューティ比(Ta)とに対する前記流過量(Mdurch)の依存性が前記インジェクタ(72)の特性曲線によって記述可能であることを特徴とする、請求項5に記載の燃料電池システム(1)。 - 請求項4〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム(1)を備える自動車。
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