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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung
und ein Diagnoseverfahren für
eine Brennstoffzelle und genauer eine Diagnosevorrichtung und ein
Diagnoseverfahren für
die Bestimmung des Zustands einer Brennstoffzelle, die in einem
beweglichen Objekt als Energiequelle installiert ist.
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Bisher wurde ein Brennstoffzellen-System des
Typs vorgeschlagen, der bestimmt, ob ein von der Regel abweichender
Betriebszustand vorliegt, beispielsweise ob zu viel oder zu wenig
Wasser in einem Brennstoffzellen-Stapel vorhanden ist, und der eine
Steuerung durchführt,
um den von der Regel abweichenden Betriebszustand zu normalisieren
(z.B. die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-245826). In
diesem System werden für
verschiedene Betriebsbedingungen zeitabhängige Änderungsmuster der Spannung
in der Zelle oder dem Zellenblock, aus dem der Brennstoffzellen-Stapel
besteht, gemessen und hinterlegt, und die Bestimmung des Betriebszustands
des Brennstoffzellen-Stapels wird durch Vergleichen des aktuellen
zeitabhängigen Musters
mit den gespeicherten Mustern durchgeführt.
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Wenn das so aufgebaute Brennstoffzellen-System
jedoch in einem Fahrzeug installiert ist, kann ein regelwidriger
Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels bei laufendem Fahrzeug nicht
ohne weiteres nachvollzogen werden, nachdem das Fahrzeug angehalten
wurde. Falls es bei laufendem Fahrzeug im Brennstoffzellen-Stapel
zu einem regelwidrigen Betrieb kommt, muß der regelwidrige Betriebszustand
nachvollzogen werden können,
damit dessen Ursache in einer Reparaturwerkstatt oder dergleichen
ermittelt werden kann. Da bei einem Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels
bei angehaltenem Fahrzeug die vom Brennstoffzellen-Stapel gelieferte
Energie jedoch nicht verbraucht werden kann, kann der regelwidrige
Betriebszustand nicht nachvollzogen werden. Ein ähnliches Problem ergibt sich
während einer
Inspektion oder Wartung, bei der Regelabweichungen oder Funktionsstörungen ausgeschlossen werden
sollen.
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Die Diagnosevorrichtung und das Diagnoseverfahren
gemäß der Erfindung
sind darauf gerichtet, den Zustand einer Brennstoffzelle, die in
einem beweglichen Objekt installiert ist, zu untersuchen, während das
bewegliche Objekt angehalten ist die Brennstoffzelle läuft. Die
Diagnosevorrichtung und das Diagnoseverfahren gemäß der Erfindung
sind außerdem
darauf gerichtet, den Zustand der Brennstoffzelle zu bestimmen,
während
die Brennstoffzelle läuft, aber
das in dem beweglichen Objekt installierte Brenngas-Zufuhrsystem
nicht in Betrieb ist. Darüber hinaus
sind die Diagnosevorrichtung und das Diagnoseverfahren gemäß der Erfindung
darauf gerichtet, den Zustand der Brennstoffzelle zu bestimmen,
während
die Brennstoffzelle läuft,
aber ein in dem beweglichen Objekt installiertes Kühlsystem
nicht in Betrieb ist.
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In der Diagnosevorrichtung und dem
Diagnoseverfahren gemäß der Erfindung
werden die folgenden Maßnahmen
ergriffen, um mindestens eines der oben genannten Ziele zu erreichen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung
wird eine Diagnosevorrichtung für
eine in einem beweglichen Objekt als Energiequelle installierte
Brennstoffzelle bereitgestellt. Das Wesen dieses Aspekts der Erfindung
besteht darin, daß die
Diagnosevorrichtung eine Betriebssteuereinrichtung umfaßt, die
mit einem in dem Fahrzeug installierten Steuersystem verbunden wird,
um den Betrieb der Brennstoffzelle zu steuern, und zwar durch Ausgabe
eines Arbeitsbefehls an das Steuersystem, sowie eine Diagnoseeinrich tung,
die den Zustand der Brennstoffzelle auf der Grundlage des von der
Betriebssteuereinrichtung gesteuerten Betriebs der Brennstoffzelle
bestimmt, und eine Einrichtung zur Energieregulierung, welche die
Energie, die von der von der Betriebssteuereinrichtung gesteuerten
Brennstoffzelle erhalten wird, reguliert, während die Diagnoseeinrichtung
eine Diagnose durchführt.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts wird die Betriebssteuereinrichtung mit dem in
dem beweglichen Objekt installierten Steuersystem verbunden, um
den Betrieb der Brennstoffzelle zu steuern. Die Betriebssteuereinrichtung gibt
einen Arbeitsbefehl an das Steuersystem aus, wodurch der Betrieb
der Brennstoffzelle gesteuert wird. Die Energieregulierungseinrichtung
reguliert die Energie, die von der so betriebenen Brennstoffzelle erhalten
wird, und der Zustand der Brennstoffzelle wird auf der Grundlage
des Betriebs der Brennstoffzelle bestimmt. Somit kann der Zustand
der Brennstoffzelle bestimmt werden, während die Brennstoffzelle in
Betrieb ist, obwohl das bewegliche Objekt angehalten wurde.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts können
Informationen über
den Betriebszustand der Brennstoffzelle über das Steuersystem in die
Betriebssteuereinrichtung eingegeben werden. Mit dieser Konstruktion
läßt man die
Brennstoffzelle einen gewünschten
Betriebszustand erreichen. In der Diagnosevorrichtung dieses Aspekts kann
die Diagnoseeinrichtung den Zustand der Brennstoffzelle aufgrund
der Informationen über
den Betriebszustand der Brennstoffzelle, die der Betriebssteuereinrichtung über das
Steuersystem mitgeteilt worden sind, bestimmen. Mit dieser Konstruktion
kann die Diagnose der Brennstoffzelle mittels der Informationen
durchgeführt
werden, die dem Steuersystem des beweglichen Objekt mitgeteilt worden sind.
Daher kann die Brennstoffzelle genauer untersucht werden.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts kann die Betriebssteuereinrichtung außerdem die
Regulierung der Energie durch die Energieregulierungseinrichtung
steuern. Mit dieser Konstruktion kann die Energie, die von der Brennstoffzelle
erhalten wird, ebenfalls vom Betriebssteuermittel gesteuert werden.
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Darüber hinaus kann in der Diagnosevorrichtung
des oben genannten Aspekts die Energieregulierungseinrichtung mit
dem Ausgangspol der Brennstoffzelle verbunden werden und die Energie
durch Absorption oder Verbrauch der von der Brennstoffzelle erhaltenen
Energie regulieren.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts kann die Energieregulierungseinrichtung außerdem mit
einem Akkumulator ausgestattet sein, der mit Elektrizität aufgeladen
werden kann oder aus dem Elektrizität abgezogen werden kann, und
kann die Energie durch Aufladen des Akkumulators mit der Energie,
die von der Brennstoffzelle erhalten wird, regulieren.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts kann die Betriebssteuereinrichtung die Energie
dadurch regulieren, daß sie
einen in dem beweglichen Objekt installierten Akkumulator mit Energie
auflädt,
die von der Brennstoffzelle erhalten wird. Mit dieser Konstruktion
kann die Energie, die von der Brennstoffzelle erhalten wird, genutzt
werden, nachdem die Diagnose durchgeführt wurde. In der Diagnosevorrichtung
des genannten Aspekts kann der Akkumulator in einem Ladesystem vorgesehen
sein, das in dem beweglichen Objekt installiert ist. Mit dieser
Konstruktion besteht keine Notwendigkeit, die Energieregulierungseinrichtung
als separates Bauteil vorzusehen.
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In der Diagnosevorrichtung des oben
genannten Aspekts kann die Energieregulierungseinrichtung die Energie
dadurch regulieren, daß sie
die Energie, die von der Brennstoffzelle erhalten wird, durch eine
in dem beweglichen Objekt installierten Verbrauchereinheit verbrauchen
läßt. Mit
dieser Konstruktion kann die Energie, die von der Brennstoffzelle
erhalten wird, von dem in dem beweglichen Objekt installierten Verbraucher
verbraucht werden. Insbesondere dann, wenn eine Einheit für mobile
Zwecke als Verbrauchereinheit verwendet wird, um Energie zu verbrauchen,
kann der Zustand der Brennstoffzelle bei laufendem Objekt mit hoher
Genauigkeit nachvollzogen werden. In der Diagnosevorrichtung dieses Aspekts
kann die Verbrauchereinheit ein Steuer system für die Einheit enthalten, das
in dem beweglichen Objekt installiert ist, um das Antreiben der
Verbrauchereinheit, welche die von der Brennstoffzelle gelieferte
Energie verbraucht, zu steuern. Mit dieser Konstruktion besteht
keine Notwendigkeit, die Energieregulierungseinrichtung als separates
Bauteil vorzusehen.
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Weiter kann die Diagnosevorrichtung
des oben genannten Aspekts eine Brenngas-Zufuhreinrichtung umfassen, welche die
Brennstoffzelle anstelle des im Fahrzeug installierten Brenngas-Zufuhrsystems
mit dem Brenngas versorgt, das der Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle
dient. Mit dieser Konstruktion kann der Zustand der Brennstoffzelle bestimmt
werden, während
die Brennstoffzelle läuft, obwohl
das in dem beweglichen Objekt installierte Brenngas-Zufuhrsystem
nicht in Betrieb ist.
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Die Diagnosevorrichtung des genannten
Aspekts kann außerdem
eine Kühleinrichtung
umfassen, welche die Brennstoffzelle anstelle des im Fahrzeug installierten
Kühlsystems
kühlt.
Mit dieser Konstruktion kann der Zustand der Brennstoffzelle bestimmt
werden, während
die Brennstoffzelle in Betrieb ist, obwohl das im Fahrzeug installierte
Kühlsystem
nicht in Betrieb ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Diagnoseverfahren für eine Brennstoffzelle bereitgestellt,
die in einem beweglichen Objekt als Energiequelle installiert ist.
Dieses Diagnoseverfahren umfaßt
folgende Schritte: Steuern des Betriebs der Brennstoffzelle durch
Ausgeben eines vorgegebenen Arbeitsbefehls an ein Steuersystem,
das in dem beweglichen Objekt installiert ist, um den Betrieb der
Brennstoffzelle zu steuern, Regulieren der Energie, die von der
durch den vorgegebenen Arbeitsbefehl gesteuerten Brennstoffzelle
erhalten wird, und Bestimmen des Zustands der Brennstoffzelle auf
der Grundlage des Betriebs der Brennstoffzelle, der ein Ergebnis
des Arbeitsbefehls ist.
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Im Diagnoseverfahren des oben genannten Aspekts
wird die Brennstoffzelle durch Ausgabe des vorgegebenen Arbeitsbefehls
an das Steuersystem betrieben, welches in dem beweglichen Objekt
installiert ist, um den Betrieb der Brennstoffzelle zu steuern.
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Die Energie, die von der so betriebenen Brennstoffzelle
erhalten wird, wird reguliert, und der Zustand der Brennstoffzelle
wird auf der Grundlage des Betriebs der Brennstoffzelle bestimmt.
Daher kann der Zustand der Brennstoffzelle bestimmt werden, wenn
die Brennstoffzelle in Betrieb ist, während das bewegliche Objekt
angehalten ist.
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Im Diagnoseverfahren des obigen Aspekts wird
Brenngas, das der Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle dient,
für die
Diagnose von außerhalb des
beweglichen Objekts zur Brennstoffzelle geliefert. Mit dieser Konstruktion
kann der Zustand der Brennstoffzelle bestimmt werden, während die Brennstoffzelle
läuft,
obwohl das im beweglichen Objekt installierte Brenngas-Zufuhrsystem
nicht in Betrieb ist.
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Im Diagnoseverfahren des oben genannten Aspekts
wird ein Kühlmittel
von außerhalb
des beweglichen Objekts zur Brennstoffzelle geliefert, um die Brennstoffzelle
für die
Diagnose abzukühlen.
Mit dieser Konstruktion kann der Zustand der Brennstoffzelle bestimmt
werden, während
die Brennstoffzelle in Betrieb ist, obwohl das im beweglichen Objekt
installierte Kühlsystem
nicht in Betrieb ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 ist
eine Darstellung, welche den Konstruktionsgedanken für die Diagnose
des Zustands einer in einem Fahrzeug 110 installierten
Brennstoffzelle 122 mittels einer Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das einen Überblick über die
Funktion eines in dem Fahrzeug installierten Brennstoffzellen-Systems 120 zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das einen Überblick über die
Funktion der Diagnosevorrichtung 20 der Ausführungsform
zeigt.
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4 ist
die erläuternde
Darstellung eines Beispiels für
die Antriebseinheit 45.
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Nun wird eine Methode der Umsetzung
der Erfindung anhand einer ihrer Ausführungsformen beschrieben. 1 ist eine Darstellung,
die den Konstruktionsgedanken bei der Diagnose des Zustands einer
in einem Fahrzeug 110 installierten Brennstoffzelle 122 mittels
einer Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung erläutert. 2 ist ein Blockdiagramm,
das einen Überblick über die
Konstruktion des in dem Fahrzeug installierten Brennstoffzellen-Systems 120 zeigt.
Um die Erklärung
zu vereinfachen, wird zuerst das in dem Fahrzeug 110 installierte
Brennstoffzellen-System erklärt,
und dann wird die Konstruktion der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 der Ausführungsform
detailliert erklärt.
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Wie in 2 dargestellt,
umfaßt
das Brennstoffzellen-System 120 ein Brenngas-Zufuhrsystem 130,
das eine Brennstoffzelle 122 mit Wasserstoff und Luft als
Brennstoff versorgt, ein Energieregulierungssystem 140,
das die von der Brennstoffzelle 122 erzeugte Energie mit
Rücksicht
auf die Verwendung der Energie zum Antreiben des Fahrzeugs oder die
Speicherung der Energie reguliert, ein Kühlsystem 150, das
die Brennstoffzelle 122 kühlt, und eine Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160,
die den Betrieb der Brennstoffzelle 122 steuert, während sie
den Fahrzustand des Fahrzeugs steuert.
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Die Brennstoffzelle 122 ist
beispielsweise als Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle konstruiert,
die aus einer Vielzahl von übereinandergeschichteten
Zellen besteht, von denen jede eine Polymermembran als Elektrolytmembran
umfaßt,
die eine gute Protonenleitfähigkeit
im nassen Zustand aufweist. Die Energie wird durch eine elektrochemische
Reaktion erzeugt, die durch die Zufuhr von Wasserstoff bzw. Sauerstoff
zum Brennstoffelektroden-seitigen Strömungskanal und zum Luftelektroden-seitigen
Brennstoffkanal, die an gegenüberliegenden
Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind, bewirkt wird.
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Das Brennstoff-Zufuhrsystem 130 umfaßt einen
Wasserstofftank 131, der hoch verdichteten Wasserstoff
enthält
und über
ein Regelventil 132 mit dem Brennstoffelektroden-seitigen
Strömungskanal der
Brennstoffzelle verbunden ist, eine Wasserstoffpumpe 133,
die bewirkt, daß der
vom Wassrstofftank 131 gelieferte Wasserstoff durch einen
Umlaufkanal zirkuliert, der den Brennstoffelektroden-seitigen Strömungskanal
der Brennstoffzelle 122 umfaßt, und eine Luft-Zufuhrpumpe 134,
welche den Luftelektroden-seitigen Strömungskanal der Brennstoffzelle 122 mit
Luft als sauerstoffhaltigem Oxidationsgas versorgt. Ein Anschlußabschnitt 139 für die Brenngas-Zufuhreinheit,
mit dem die Brenngas-Zufuhreinheit 30 der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
angeschlossen wird, ist im Brenngas-Zufuhrsystem 130 an
der Stelle vorgesehen, an der es mit der Brennstoffzelle 122 verbunden werden
soll.
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Das Energieregulierungssystem 140 umfaßt eine
Batterie 142, die über
einen DC/DC-Wandler 141 mit dem Ausgangspol der Brennstoffzelle 122 verbunden
ist, und einen Triebmotor 144, der über einen Wechselrichter 143 mit
dem Ausgangspol der Brennstoffzelle 122 verbunden ist.
Das Energieregulierungssystem 140 ist so ausgelegt, daß der Triebmotor 144 Energie
verbrauchen kann und die Batterie 142 elektrisch aufgeladen
werden kann, und daß elektrische
Energie von der Batterie 142 abgezogen werden kann. Ein
Anschlußabschnitt 149 für die Energieregulierungseinheit,
mit dem die Energieregulierungseinheit 40 der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
angeschlossen wird, ist in dem Energieregulierungssystem 140 an einer
Stelle vorgesehen, an der es mit der Brennstoffzelle 122 verbunden
werden soll.
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Das Kühlsystem 150 ist als
Umlaufkanal konstruiert, der einen Kühlmittel-Strömungskanal
für die Brennstoffzelle 122 umfaßt. Das
Kühlsystem 150 umfaßt einen
Kühler 151,
der das Kühlmittel
luftkühlt, und
eine Kühlmittelpumpe 152,
die bewirkt, daß das Kühlmittel
zirkuliert. Dadurch, daß vom
Kühler 151 abgekühltes Kühlmittel
dazu gebracht wird, durch den Umlaufkanal zu zirkulieren, kühlt das
Kühlsystem 150 die
Brennstoffzelle 122 ab. Ein Anschlußabschnitt 159 für die Kühleinheit,
mit dem die Kühleinheit 50 der
Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser Ausführungsform angeschlossen
werden soll, ist in dem Kühlsystem 150 an
einer Stelle vorgesehen, an der es mit der Brennstoffzelle 122 verbunden werden
soll.
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Die Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 ist als
Mikrocomputer konstruiert, der hauptsächlich aus einer (nicht gezeigten)
CPU besteht, und der einen Eingangsport, einen Ausgangsport und
einen Kommunikationsport umfaßt. Über den
Eingangsport werden in die Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 Signale
eingegeben, die folgendes anzeigen: die Zellspannung, die von einem
Spannungssensor 123 erfaßt wird, der die Spannung zwischen
den Zellen, aus denen die Brennstoffzelle 122 besteht,
erfaßt,
die Zelltemperatur, die von einem (nicht gezeigten) Temperatursensor,
der an der Brennstoffzelle 122 angebracht ist, erfaßt wird,
die interterminale Spannung, die von einem Spannungssensor 123 erfaßt wird,
der an der Energieleitung in der Nähe des Ausgangspols der Brennstoffzelle 122 angebracht
ist, den Ausgangsstrom, der von einem Stromsensor 124 erfaßt wird,
der an der Energieleitung in der Nähe des Ausgangspols der Brennstoffzelle 122 angebracht
ist, die Spannung, die von einem (nicht gezeigten) Spannungssensor
erfaßt
wird, der am DC/DC-Wandler 141 angebracht ist, den Strom,
der von einem (nicht gezeigten) Stromsensor erfaßt wird, der am DC/DC-Wandler 141 angebracht
ist, die Lade/Entlade-Spannung, die von einem (nicht gezeigten)
Spannungssensor erfaßt
wird, der an der Energieleitung in der Nähe des Ausgangspols der Batterie 142 angebracht
ist, den Lade/Entladestrom, der von einem (nicht gezeigten) Stromsensor
erfaßt
wird, der an der Energieleitung in der Nähe des Ausgangspols der Batterie 142 angebracht
ist, den Phasenstrom des Triebmotors 144, der von einem
(nicht gezeigten) Stromsensor erfaßt wird, der an der Energieleitung angebracht
ist, die von einem Wechselrichter 143 zum Triebmotor 144 verläuft, die
Position eines Rotors, der von einem (nicht gezeigten) Drehpositionssensor
erfaßt
wird, der am Triebmotor 144 angebracht ist, usw. Ein Ansteuerungssignal
für das
Regelventil 132, ein Ansteuerungssignal für die Wasserstoffpumpe 133,
ein Ansteuerungssignal für
die Luft-Zufuhrpumpe 134, ein Schaltsteuersignal für den DC/DC-Wandler 141,
ein Schaltsteuersignal für den
Wechselrichter 143, ein Ansteuerungssignal für die Kühlmittelpumpe 152 usw.
werden von der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 über den
Ausgangsport ausgegeben. Ein Verbinder 169, der die Steuereinheit 60 der
Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 der Erfindung verbindet,
wird mit dem Kommunikationsport der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 verbunden.
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Nun wird die Konstruktion der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform beschrieben.
Wie in 1 und 3 dargestellt, umfaßt die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser Ausführungsform
die Brenngas-Zufuhreinheit 30, welche die Brennstoffzelle 122 mit
Wasserstoff und Luft als Brennstoff versorgt, die Energieregulierungseinheit 40,
welche die Energie, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt
wird, reguliert, und die Kühleinheit 50,
welche die Brennstoffzelle 122 abkühlt, anstelle des Brenngas-Zufuhrsystems 130 des
Brennstoffzellen-Systems 120, des Energieregulierungssystems 140 des
Brennstoffzellen-Systems 120 bzw. des Kühlsystems 150 des
Brennstoffzellen-Systems 120. Die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 umfaßt auch
die Steuereinheit 60, die mit der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 des
Brennstoffzellen-Systems 120 verbunden wird, um mit dieser
Daten auszutauschen, und welche die gesamte Vorrichtung steuert.
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Wie in 3 dargestellt,
umfaßt
die Brenngas-Zufuhreinheit 30 einen Wasserstofftank 31,
dessen Aus- und Einlaß mit
Regelventilen 32 versehen sind, eine Wasserstoffpumpe 33,
die das Zirkulieren des Wasserstoffs bewirkt, und eine Luft-Zufuhrpumpe 34 für die Zufuhr
von Luft. Wenn sie mittels eines Anschlußabschnitts 39 für das Brenngas-Zufuhrsystem
mit dem Anschlußabschnitt 139 der
Brenngas-Zufuhreinheit des Brennstoffzellen-Systems 120 verbunden
wird, funktioniert die Brenngas-Zufuhreinheit 30 im wesentlichen
auf die gleiche Weise wie das Brenngas-Zufuhrsystem 130 des
Brennstoffzellen-Systems 120.
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Die Energieregulierungseinheit 40 umfaßt einen
DC/DC-Wandler 41, der die Gleichstromspannung erhöhen und
senken kann, und eine aufladbare/entladbare Batterie 42,
die mit dem DC/DC-Wandler 41 verbunden ist. Wenn sie mittels
eines Anschlußabschnitts 49 für das Energieregulierungssystem
mit dem Anschlußabschnitt 149 der
Energieregulierungseinheit des Brennstoffzellen-Systems 120 verbunden
wird, kann die Energieregulierungseinheit 40 die Batterie 42 ungehindert
mit Energie laden, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt
wird. Ein Spannungssensor 43 zum Erfassen der Spannung,
die an die Brennstoffzelle 122 angelegt wird, und ein Stromsensor 44,
der den Strom erfaßt,
der durch die Brennstoffzelle 122 strömt, sind an dem DC/DC-Wechsler 41 auf
der Seite des Anschlußabschnitts 49 für das Energieregulierungssystem
angebracht.
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Die Kühleinheit 50 umfaßt einen
Kühler 51, der
das Kühlmittel
mit Außenluft
kühlt,
und eine Kühlmittelpumpe 52,
die das Kühlmittel
zum Zirkulieren bringt. Dadurch, daß sie mittels eines Anschlußabschnitts 59 für das Kühlsystem
mit dem Anschlußabschnitt 159 für die Kühleinheit
verbunden wird, funktioniert die Kühleinheit 50 im wesentlichen
auf die gleiche Weise wie das Kühlsystem 150 des
Brennstoffzellen-Systems 120.
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Wie in 1 dargestellt,
bestehen die Funktionskomponenten der Steuereinheit 60 aus
einem Betriebssteuerabschnitt 61, der den Betrieb der Brennstoffzelle 122 mittels
der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 steuert, einem Diagnoseabschnitt,
der den Zustand der Brennstoffzelle 122 auf der Grundlage
des Zustands der laufenden Brennstoffzelle 122 bestimmt,
und einem Einheits-Steuerabschnitt 63, der die Brenngas-Zufuhreinheit 30,
die Energieregulierungseinheit 40 und die Kühleinheit 50 steuert.
Wie in 3 dargestellt,
ist die Steuereinheit 60, was ihre Hardware betrifft, als
Mikrocomputer konstruiert, der hauptsächlich aus einer CPU 65,
einem ROM 66 und einem RAM 67 besteht. Die Steuereinheit 60 empfängt über einen
(nicht gezeigten) Eingangsport Signale, welche die Spannung, die vom
Spannungssensor 43 erfaßt wurde, den Strom, der vom
Stromsensor 44 erfaßt
wurde, usw. anzeigen. Die Steuereinheit 60 gibt über einen
(nicht gezeigten) Ausgangsport ein Treibersignal aus, um das Regelventil 32 einzustellen,
ein Treibersignal für
die Wasserstoffpumpe 33, ein Treibersignal für die Luft-Zufuhrpumpe 34,
ein Schaltsteuersignal für
den DC/DC-Wandler 41, ein Treibersignal für die Kühlmittelpumpe 52,
usw. Ein Verbinder 69, der an den Verbinder 169 angeschlossen
werden kann, der mit dem Kommunikationsport der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 des
Brennstoffzellen-Systems 120 verbunden ist, wird am (nicht
gezeigten) Kommunikationsport der Steuereinheit 60 befestigt.
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Nun wird beschrieben, wie die Diagnose
des Zustands der Brennstoffzelle 122, die im Fahrzeug 110 installiert
ist, unter Verwendung der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 der
wie oben beschrieben konstruierten Ausführungsform durchgeführt wird.
Erste bis vierte Diagnosemuster werden für die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
aufgestellt. Gemäß dem ersten Diagnosemuster
wird eine Diagnose durchgeführt, während die
Steuereinheit 60 und die Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 über den
Verbinder 69 und den Verbinder 169 verbunden sind,
und während
der Anschlußabschnitt 49 für das Energieregulierungssystem
mit dem Anschlußabschnitt
der Energieregulierungseinheit verbunden ist, so daß die Energieregulierungseinheit 40 mit
dem Brennstoffzellen-System 120 verbunden ist. Gemäß dem zweiten
Diagnosemuster wird die Diagnose durchgeführt, während der Anschlußabschnitt 39 für das Brenngas-Zufuhrsystem
am Anschlußabschnitt 139 für die Brenngas-Zufuhreinheit befestigt
ist, so daß die
Brenngas-Zufuhreinheit 30 mit dem Brennstoffzellen-System 120 verbunden
ist, und zwar zusätzlich
zur Ausgestaltung des ersten Diagnosemusters. Gemäß dem dritten
Diagnosemuster wird die Diagnose durchgeführt, während der Anschlußabschnitt 59 für das Kühlsystem
am Anschlußabschnitt 159 für die Kühleinheit
befestigt ist, so daß die
Kühleinheit 50 mit dem
Brennstoffzellen-System 120 verbunden
ist, und zwar zusätzlich
zur Ausgestaltung des ersten Diagnosemusters. Gemäß dem vierten
Diagnosemuster wird die Diagnose durchgeführt, während die Brenngas-Zufuhreinheit 30,
die Energieregulierungseinheit 40 und die Kühleinheit 50 jeweils
mit dem Brennstoffzellen-System 120 verbunden sind. Das
heißt,
das erste Diagnosemuster wird angewendet, wenn das Brenngas-Zufuhrsystem 130 und
das Kühlsystem 150 untersucht
werden sowie der Zustand der Brennstoffzelle 122 bestimmt
wird, während
das Brenngas-Zufuhrsystem 130 und das Kühlsystem 150 in Betrieb
sind. Das zweite Diagnosemuster wird angewendet, wenn eine Regelwidrigkeit
im Brenngas-Zufuhrsystem 130 auftritt oder wenn die Diagnose durchgeführt wird,
ohne den Einfluß des
Brenngas-Zufuhrsystems 130 zu berücksichtigen. Das dritte Diagnosemuster
wird angewendet, wenn eine Regelwidrigkeit im Kühlsystem 150 auftritt
oder wenn eine Diagnose durchgeführt
wird, ohne den Einfluß des
Kühlsystems 150 zu
berücksichtigen.
Das vierte Diagnosemuster wird angewendet, wenn Regelwidrigkeiten
im Brenngas-Zufuhrsystem 130 und im Kühlsystem 150 auftreten
oder wenn nur die Brennstoffzelle 122 untersucht wird,
ohne den Einfluß des Brenngas-Zufuhrsystems 130 und
des Kühlsystems 150 zu
berücksichtigen.
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Im ersten Diagnosemuster wird ein
Arbeitsbefehl vom Betriebssteuerabschnitt 61 der Steuereinheit 60 per
Datenübertragung
an die Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 ausgegeben, so
daß das Brenngas-Zufuhrsystem 130 und
das Energieregulierungssystem 140 auf vorgegebene Weise
arbeiten, und ein Schaltsteuersignal wird vom Einheits-Steuerabschnitt 63 an
den DC/DC-Wandler 41 der Energieregulierungseinheit 40 ausgegeben,
so daß der Strom,
der durch die Brennstoffzelle 122 strömt, ein vorgegebenes Muster
annimmt. Gemäß den Änderungen
der Menge des Stroms, die durch die Brennstoffzelle 122 strömt, werden
Informationen über
den Zustand der Brennstoffzelle 122 (Zellspannung, Brennstoffzellen-Temperatur
usw.) von der Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 per Datenübertragung
in den Betriebssteuerabschnitt 61 eingegeben. Ein Diagnoseabschnitt 62 bestimmt
den Zustand der Brennstoffzelle 122 auf der Grundlage der
Informationen über
den Zustand der Brennstoffzelle 122, die in den Betriebssteuerabschnitt 61 eingegeben
worden sind. Der Zustand der Brennstoffzelle 122 bezüglich beispielsweise
einem Fluten auf der Anodenseite, einem Fluten auf der Kathodenseite,
einem Austrocknen der Elektrolytmembran, einem Lecken (Vertauschen)
von Wasserstoff und Sauerstoff aus der Elektrolytmembran, einem
Kurzschluß,
einer Vergiftung durch Metallionen usw. kann beispielsweise durch Änderung
der Wassermenge, die der Brennstoffzelle 122 zugeführt wird,
der Luftmenge, die der Brennstoffzelle 122 zugeführt wird,
des Drucks, der an die Brennstoffzelle 122 angelegt wird,
oder der Strommenge, die durch die Brennstoffzelle 122 strömt, bestimmt
werden.
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Im zweiten, dritten oder vierten
Diagnosemuster kann selbst dann, wenn mindestens eines der Systeme 130 und 150 für die Brenngaszufuhr
bzw. die Kühlung
nicht in Ordnung ist, eine Diagnose des Zustands der Brennstoffzelle 122 durchgeführt werden,
und zwar durch ein Betreiben der Brenngas-Zufuhreinheit 30 oder
der Kühleinheit 50 wie
im Fall des ersten Diagnosemusters.
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Die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 der
bisher beschriebenen Ausführungsform
kann den Zustand der Brennstoffzelle 122 bestimmen, während die
Brennstoffzelle 122 läuft,
aber das Fahrzeug 110 angehalten ist, ohne die in das Fahrzeug 110 eingebaute
Brennstoffzelle 122 auszubauen. Darüber hinaus kann selbst dann,
wenn eine Regelwidrigkeit im Brenngas-Zufuhrsystem 130 oder
im Kühlsystem 150 des
Brennstoffzellen-Systems 120 auftritt, die Diagnosevorrichtung 20 den
Zustand der Brennstoffzelle 122 bestimmen, während die
Brennstoffzelle läuft,
wobei die Brenngas-Zufuhreinheit 30 oder
die Kühleinheit 50 mit
ihr verbunden sind.
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In der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
werden der DC/DC-Wandler 41 und die Batterie 42 als Energieregulierungseinheit 40 verwendet.
Solange die von der Brennstoffzelle 122 erzeugte Energie
reguliert werden kann, kann jedoch auch ein Verbraucher anstelle
der Batterie 42 verwendet werden.
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In der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
wird die Energie, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt
wird, durch die Energieregulierungseinheit 40 reguliert.
Es ist jedoch auch zweckmäßig, wenn
die Energie, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt wird,
unter Verwendung des DC/DC-Wandlers 141 und der Batterie 142 des Energieregulierungssystems 140 des
Brennstoffzellen-Systems reguliert wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
die Energie, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt wird,
durch Ausgabe eines Schaltsteuersignals an den DC/DC-Wandler 141 über die
Fahrzeugbetriebs-Steuereinheit 160 reguliert wird. Ebenso
zweckmäßig ist
es, wenn die Energie, die von der Brennstoffzelle 122 erzeugt
wird, vom Triebmotor 144 des Energieregulierungssystems 140 des
Brennstoffzellen-Systems 120 verbraucht wird. In diesem
Fall ist es zweckmäßig, eine Antriebseinheit 45 oder
dergleichen zu verwenden, wie in 4 dargestellt,
die in der Lage ist, mit Lastrollen 46a und 46b die
Antriebsräder 114 des
Fahrzeugs 110 im wesentlichen mit der gleichen Last zu beaufschlagen
wie bei laufendem Fahrzeug 100. Somit kann die Brennstoffzelle 122 untersucht
werden, während
das im Fahrzeug 110 installierte Brennstoffzellen-System
120 im wesentlichen den Zustand darstellt wie er bei laufendem Fahrzeug 110 gegeben
ist.
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In der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
wird die Brennstoffzelle 122 gemäß einem der ersten bis vierten
Diagnosemuster untersucht. Es ist jedoch auch zweckmäßig, wenn
die Diagnose der Brennstoffzelle 122 auf der Grundlage
einer bestimmten der ersten bis vierten Diagnosemuster nicht durchgeführt werden
kann. Das heißt,
in der Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 kann mindestens
eine der Einheiten 30 oder 50 für die Brenngaszufuhr
bzw. für
die Kühlung
weggelassen werden.
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Die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 dieser
Ausführungsform
ist so ausgelegt, daß sie die
Brennstoffzelle 122 eines in einem Fahrzeug 110 installierten
Brennstoffzellen-Systems untersucht. Die Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung 20 kann jedoch
auch so ausgelegt sein, daß sie
die Brennstoffzelle eines in einem beweglichen Objekt installierten
Brennstoffzellen-Systems untersucht, bei dem es sich nicht um ein
Fahrzeug handelt, sondern beispielsweise um ein Flugzeug, ein Schiff
oder dergleichen.
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Obwohl die Art der Umsetzung der
Erfindung bis hierher aufgrund einer Ausführungsform beschrieben wurde,
liegt es auf der Hand, daß die
Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist,
und daß die
Erfindung auf verschiedene Weise umgesetzt werde kann, ohne vom Gedanken
der Erfindung abzuweichen.