(57)【要約】本発明の態様は、燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテストステーションに関する。この燃料電池パワーモジュールは、その中に少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラとを有する。テストステーションは、ＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとでＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストコントローラを含む。テストステーションとＦＣＰＭは、１つまたはそれより多くのＦＣＰＭをテストするために、種々の組み合わせや構造で構成することができる。１実施形態はマスタスレーブ構成に関し、そこではマスタコントローラが多数のスレーブテストステーションを制御し、各スレーブテストステーションは模擬負荷のもとで各パワーモジュールをテストするように構成される。
2007529854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラとを備える燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテストステーションであって、
前記ＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとで前記ＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストコントローラを備える、テストステーション。
【請求項２】
前記テストステーションが前記模擬負荷を備え、前記テストコントローラが前記ＦＣＰＭの動作時に前記模擬負荷を制御する、請求項１記載のテストステーション。
【請求項３】
前記テストステーションが前記ＦＣＰＭとは物理的に別個のものであり、かつ／または前記ＦＣＰＭから分離可能である、前記ＦＣＰＭと組み合わせられた請求項１記載のテストステーション。
【請求項４】
前記ＦＣＰＭが、反応ガス流量制御手段と、圧力制御手段と、温度監視手段と、湿度制御手段と、反応ガス副生成物排出手段の１つまたはそれより多くをさらに備える、前記ＦＣＰＭと組み合わせられた請求項１記載のテストステーション。
【請求項５】
コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスをさらに備え、前記テストステーションの使用時に前記テストコントローラと前記ＦＣＰＭコントローラが前記ＣＡＮバスを介して通信する、請求項１記載のテストステーション。
【請求項６】
前記テストコントローラが、前記ＦＣＰＭコントローラへとオペレーションコマンドを送信し、前記模擬負荷のもとでの前記ＦＣＰＭの性能に関するテストデータを受信するようにプログラムされる、請求項１記載のテストステーション。
【請求項７】
前記テストステーションが前記受信テストデータを保存するためのメモリを備える、請求項６記載のテストステーション。
【請求項８】
前記テストコントローラが前記受信テストデータを単一のデータファイルに保存し、当該データファイルは前記ＦＣＰＭコントローラから受信したテストデータからなる少なくとも１つのデータレコードを含む、請求項６記載のテストステーション。
【請求項９】
前記テストデータが前記少なくとも１つの燃料電池スタックの電圧出力に関するデータを含む、少なくとも１つの燃料電池スタックを備えるＦＣＰＭと共に使用するための請求項６記載のテストステーション。
【請求項１０】
前記オペレーションコマンドが前記ＦＣＰＭのオペレーションモードを設定する、請求項６記載のテストステーション。
【請求項１１】
前記テストコントローラが、前記模擬負荷で電流を受け取るために前記ＦＣＰＭコントローラへと電流取り出し要求を送信するようにさらにプログラムされた、請求項６記載のテストステーション。
【請求項１２】
前記電流取り出し要求が前記模擬負荷に供給される電流レベルを指定するデータフィールドを含む、請求項１１記載のテストステーション。
【請求項１３】
前記テストデータが前記ＦＣＰＭの動作状態に関するデータを含む、請求項６記載のテストステーション。
【請求項１４】
前記ＦＣＰＭの前記動作状態が、スタンバイモード、稼働モード、アノードパージモードそしてシャットダウンモードを備える、請求項１３記載のテストステーション。
【請求項１５】
前記テストコントローラと前記ＦＣＰＭコントローラとのデータ通信が１つまたはそれより多くのデータパケットを含み、各データパケットが識別子と当該識別子にしたがって構成された１つまたはそれより多くのデータフィールドを備える、請求項１記載のテストステーション。
【請求項１６】
前記模擬負荷が前記テストステーションの一部を形成し、前記テストコントローラが前記模擬負荷を制御する、請求項１記載のテストステーション。
【請求項１７】
前記テストコントローラが、前記テストステーションの使用時に、前記ＦＣＰＭコントローラにハートビート信号を周期的に送信し、所定時間内に前記ハートビート信号を受信できなかったことに応答して、前記ＦＣＰＭコントローラは、前記ＦＣＰＭが前記模擬負荷に電流を供給しないスタンバイモードを開始するようにプログラムされる、請求項１記載のテストステーション。
【請求項１８】
外部電源から電力を受け取り、前記テストステーションと前記ＦＣＰＭに電力を供給する電源モジュールをさらに備える、請求項１記載のテストステーション。
【請求項１９】
前記ＦＣＰＭへの冷却液の供給を監視および制御するサーマルモジュールをさらに備える、請求項１記載のテストステーション。
【請求項２０】
前記テストコントローラと通信するデータ獲得ユニットをさらに備え、当該データ獲得ユニットは、多数のアナログデータ入力を受信し、当該アナログデータ入力を前記テストコントローラへのデジタルデータ入力へと変換するように構成される、請求項１記載のテストステーション。
【請求項２１】
前記多数のアナログデータ入力が、前記模擬負荷、サーマルモジュール、テストステーションの電源モジュール、燃料電池反応ガス供給監視手段、そして少なくとも１つの動作環境センサの１つまたはそれより多くからのデータ入力を含む、請求項２０記載のテストステーション。
【請求項２２】
前記テストコントローラが、前記模擬負荷の負荷プロフィールを制御して、少なくとも前記ＦＣＰＭの動作周期時に前記負荷プロフィールを変化させるように構成された、請求項１記載のテストステーション。
【請求項２３】
各々が少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラとを備える複数の燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテストステーションであって、
各ＦＣＰＭのＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとで各ＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストコントローラを備える、テストステーション。
【請求項２４】
前記模擬負荷が前記テストステーションの一部を形成し、前記テストコントローラが前記模擬負荷を制御する、請求項２３記載のテストステーション。
【請求項２５】
前記複数のＦＣＰＭがシリアルおよび／またはパラレルに接続されて前記模擬負荷に電力を供給する、請求項２３記載のテストステーション。
【請求項２６】
前記模擬負荷が前記ＦＣＰＭから電流を取り出す複数の負荷モジュールを備える、請求項２３記載のテストステーション。
【請求項２７】
前記模擬負荷が自動化模擬負荷である、請求項２３記載のテストステーション。
【請求項２８】
前記テストステーションが物理的に別個のものであり、かつ／または複数のＦＣＰＭのそれぞれから独立している、請求項２３記載のテストステーション。
【請求項２９】
各々が少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える複数の燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテストシステムであって、
マスタコントローラを有するマスタテストステーションと、各々がスレーブコントローラを有する複数のスレーブテストステーションとを備え、
各スレーブコントローラが、前記複数のＦＣＰＭのＦＣＰＭコントローラそれぞれと通信して各模擬負荷のもとで各ＦＣＰＭの性能を判定し、マスタコントローラと通信するように構成され、
前記マスタコントローラが、前記複数のスレーブコントローラのそれぞれと通信して前記複数のＦＣＰＭの性能を判定するように構成される、テストシステム。
【請求項３０】
各模擬負荷が各スレーブテストステーションの一部を形成し、各スレーブテストステーションのスレーブコントローラがその一部を形成する各模擬負荷を制御する、請求項２９記載のテストシステム。
【請求項３１】
少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラとを備える燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテスト方法であって、
模擬負荷とテストコントローラを含むテストステーションを提供し、前記ＦＣＰＭコントローラと前記テストコントローラとの間に通信を提供するステップと、
少なくとも１つのオペレーションコマンドを前記テストコントローラから前記ＦＣＰＭコントローラへと送信するステップと、
前記テストコントローラで、前記模擬負荷のもとでの前記ＦＣＰＭの性能に関するテストデータを前記ＦＣＰＭから受信するステップと、を含む方法。
【請求項３２】
前記模擬負荷の負荷プロフィールを制御して、少なくとも前記ＦＣＰＭの動作周期時に前記負荷プロフィールを変化させるステップをさらに含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記テストコントローラから前記ＦＣＰＭコントローラにハートビート信号を周期的に送信するステップと、
前記ＦＣＰＭコントローラによる前記ハートビート信号の連続受信に応答して、前記ＦＣＰＭから前記模擬負荷へと電流を供給するステップと、をさらに含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）をテストするテスト装置であって、
テストコントローラと前記ＦＣＰＭから電流を受け取る模擬負荷とを有するテストステーションと、
前記テストコントローラと前記ＦＣＰＭコントローラとの間の通信リンクと、を備え、
前記テストコントローラが、前記通信リンクを介して前記ＦＣＰＭコントローラと通信して、前記ＦＣＰＭから前記模擬負荷への電流の供給時に前記ＦＣＰＭの性能を判定するようにプログラムされた、テスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２００４年３月１５日に出願されその内容が参照として本明細書中に援用される米国仮特許出願番号第６０/５５２，７１５号に関連し、これの優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は一般に、燃料電池パワーモジュールのためのテストステーションならびにこういったテストステーションを利用したシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池システムは、少なくとも低排出、高効率、動作が簡単ということによって、従来の発電技術に対するますます有望な代替手段と見なされている。一般に燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するように作動する。ある形態の燃料電池はプロトン交換膜（ＰＥＭ）を利用するもので、その場合燃料電池は、アノード、カソード、そしてこれら２つの電極の間に配置される選択的な電解膜を備える。
【０００４】
触媒反応では、水素などの燃料がアノードで酸化してカチオン（プロトン）と電子を形成する。プロトン交換膜によって、プロトンがアノードからカソードへと移動しやすくなる。電子は膜を通過することができずに外部回路を流れさせられるため、電流がもたらされる。カソードでは、酸素が触媒層で外部回路から戻った電子と反応してアニオンを形成する。カソードで形成されたアニオンはＰＥＭを横断したプロトンと反応して、反応生成物として生産水として知られる液体水を生成する。
【０００５】
通常、燃料電池システムは、燃料電池スタックと呼ばれる一連の燃料電池を使用する。燃料電池スタックを燃料電池ベースの発電システムに設置する前に、最初にスタックをテストして適当な動作パラメータ内で作動することを確認する必要がある。
【０００６】
燃料電池のテストシステムが開発されてきた。こういったテストシステムの１つが、ハイドロジェニックス社（Hydrogenics Corporation）が開発した燃料電池自動テストステーション（ＦＣＡＴＳ）である。このＦＣＡＴＳは、燃料電池スタックを単独でテストできる高性能のテストシステムである。ＦＣＡＴＳは広範囲のテストを行い、完全なプロセス供給を行い、適当な動作環境（例えば、カソードへの給気の適当な湿度レベル）や種々のプロセスパラメータおよび条件の監視を保証する。ＦＣＡＴＳは、それ自体は高性能ではない燃料電池スタックをテストするように設計されている。即ち燃料電池スタックは自己監視または調整の機能を全く持ちあわせておらず、ＦＣＡＴＳと通信するように構成されていない。
【０００７】
燃料電池技術の近年の発展の一部として、燃料電池スタックが新しく開発された燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）に組み込まれている。ＦＣＰＭによって燃料電池スタックに高性能がもたらされ、燃料電池システムのセンシティブな動作要求を、バスやゴルフカートを含めた自動車用途への動力供給のためといったような直接商業用途への設置のためにパッケージすることができる。ＦＣＰＭは自身のコントローラを有し、燃料電池スタックの動作を少なくともある程度監視し調整するように構成される。しかしながらＦＣＰＭは依然として、反応ガスや冷却液の外部供給源や調整電源に依存している。
【０００８】
ＦＣＰＭの開発と同時に、こういったより高性能の燃料電池発電製品をテストするニーズが生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、燃料電池パワーモジュールのためのテストステーション、そしてこれに対応するテスト方法、システムおよび装置を提供することである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の１態様は、少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）のテストステーションに関する。このテストステーションは、ＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとでＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストコントローラを備える。模擬負荷は自動化模擬負荷であるのが好ましい。テストステーションは、ＦＣＰＭとは物理的に別個のものであり、かつ／またはこのＦＣＰＭから分離可能であるのが好ましい。
【００１１】
別の態様では、本発明は、各々が少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える複数の燃料電池パワーモジュールのテストステーションに関する。このテストステーションは、各ＦＣＰＭのＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとでＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストコントローラを備える。
【００１２】
別の態様では、本発明は、各々が少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える複数の燃料電池パワーモジュールのテストシステムに関する。このテストシステムは、マスタコントローラを有するマスタテストステーションと、各々がスレーブコントローラを有する複数のスレーブテストステーションとを備える。各スレーブコントローラは、複数のＦＣＰＭの各ＦＣＰＭコントローラと通信して各模擬負荷のもとで各ＦＣＰＭの性能を判定し、マスタコントローラと通信するように構成される。マスタコントローラは、複数のスレーブコントローラそれぞれと通信して複数のＦＣＰＭの性能を判定するように構成される。
【００１３】
別の態様では、本発明は、燃料電池パワーモジュールと組み合わせたテストステーションに関する。燃料電池パワーモジュールは、少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備え、テストステーションは、ＦＣＰＭコントローラと通信して模擬負荷のもとでＦＣＰＭの性能を判定するように構成されたテストステーションコントローラを備える。
【００１４】
また別の態様では、本発明は、少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える燃料電池パワーモジュールのテスト方法に関する。この方法は、ＦＣＰＭと通信するテストステーションに模擬負荷を提供するステップと、テストステーションのテストコントローラから少なくとも１つのオペレーションコマンドをＦＣＰＭコントローラへと送信するステップと、テストコントローラで、模擬負荷のもとでのＦＣＰＭの性能に関するテストデータをＦＣＰＭから受信するステップと、を含む。
【００１５】
さらに別の態様では、本発明は、少なくとも１つの燃料電池とＦＣＰＭコントローラを備える燃料電池パワーモジュール（ＦＣＭＰ）をテストするためのテスト装置に関する。この装置は、テストコントローラとＦＣＰＭから電流を受け取る模擬負荷とを有するテストステーションと、テストコントローラとＦＣＰＭコントローラとの間の通信リンクとを備える。テストコントローラは、通信リンクを介してＦＣＰＭコントローラと通信して、ＦＣＰＭから模擬負荷への電流供給時にＦＣＰＭの性能を判定するように構成される。
【００１６】
有利なことに、本発明の実施形態は、（例えば、ＦＣＡＴＳに対して）機能は縮小しているが優れたテストデータ捕獲機能をもたらすテストステーションを提供する。特に有利なことに、本発明のテストステーションは新しく開発されたＦＣＰＭとインタフェースするように具体的に構成される。ＦＣＡＴＳを利用する最低限の燃料電池スタックに比べてＦＣＰＭのほうがより高性能であるために、本発明のテストステーションは、ＦＣＰＭと通信し、ＦＣＰＭ全体としての性能に関するテストデータを収集するように具体的に構成される。例えば、ＦＣＰＭはその内部にあるセンサからデータ入力を受信し、故障や他の動作条件を検出するようにプログラムされたマイクロコントローラを含む。ＦＣＰＭマイクロコントローラは、テスト時にこの情報をテストステーションへと伝達する。
【００１７】
本発明の実施形態に係るテストステーションのさらなる利点は、テストステーションがモジュール全体としてのＦＣＰＭの機能をテストするように構成されることである。対照的にＦＣＡＴＳは、完全な燃料電池発電システムを作動するのに必要なシステム階層のより小さなパーツであるコンポーネントとしての燃料電池スタックのテストを対象とする。
【００１８】
さらに有利なことに、本発明の幾つかの実施形態によると、テストステーションを、マスタスレーブ構造において遠隔マスタコンピュータシステムと通信するオンサイトスレーブコントローラとして作動することができる。この種のマスタスレーブ構造によって、多数の燃料電池パワーモジュールを、単一のマスタコントローラの制御下で、多数のスレーブテストステーションによって同時にテストすることができる。この場合マスタコントローラは、テストされるパワーモジュールとオンサイトに配置されてもよいし、パワーモジュールの１つまたはそれより多くから遠隔配置されてもよい。
【００１９】
本発明の好適な実施形態を、ほんの一例として、図面を参照して以下により詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本明細書と図面を通して、同一参照番号は同一の要素、コンポーネントまたは特徴を示すのに使用する。さらに、１００の位だけシフトした参照番号(例えば、２０、７２０、８２０)を要素が有している場合には、これは、それらの要素が種々の実施形態にわたって類似の機能を有することを示す。
【００２１】
本発明の好適な実施形態の以下の説明では、１実施形態に関連して説明した特徴または機能を必要に応じて別の実施形態に関して利用することができ、こういった組み合わせ全てが具体的に本明細書中に組み込まれることが理解されるであろう。
【００２２】
本発明が不明瞭にならないように、この説明では燃料電池または燃料電池スタックの動作を詳細に取り扱わないし、燃料電池の動作の化学プロセスの態様も取り扱わない。
【００２３】
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態が、テストステーション２０とパワーモジュール３０とを備えるテストシステム１０の形態で示される。本明細書中ではテストコントローラ２２と称する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２が、本明細書中でＦＣＰＭコントローラ３２と称する、パワーモジュールのＥＣＵ３２と通信する。この通信は、テストコントローラ２２とＦＣＰＭコントローラ３２を各コントローラの配線コネクタ（図示せず）を介して相互接続するコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス４０によって可能となる。ＣＡＮバスは一般に、自動車用途のための周知のＣＡＮ標準にしたがう。
【００２４】
好適な実施形態におけるＣＡＮバス４０の使用は有益である。その理由は、テストステーション２０がＦＣＰＭ３０をテストした後、そのＦＣＰＭ３０を、ＣＡＮバス４０が車両のマスタコントローラに接続する自動車用途に設置することができるためである。ＣＡＮバス４０は、雑音の多い電気環境でも高レベルのデータ完全性で作動する、２線式差動シリアルバスシステムである。短距離で１メガビット／秒程度の高速データ送信が可能である。
【００２５】
テストコントローラ２２はテストステーション２０の全体的な制御をもたらすと同時に、パワーモジュール３０との通信を管理してその動作を制御する。ＣＡＮバス４０を介したテストコントローラ２２とＦＣＰＭコントローラ３２とのデータ通信については、図４Ａ、４Ｂ、５、６Ａおよび６Ｂに関連させて以下により詳細に説明する。テストステーション２０は、テストステーションコンポーネントの全てとパワーモジュール３０に電力を供給するための電源モジュール２６も含む。この電源モジュール２６は、三相交流４００Ｖ／２０Ａなどの外部電源２８から電力を受け取る。
【００２６】
電源モジュール２６は、外部電源をテストステーションのコンポーネントおよびパワーモジュール３０のコンポーネントを駆動するのに適したレベルに変換するための、変圧器および／または整流回路（図示せず）を含む。電力ケーブル４２は電源モジュール２６とパワーモジュール３０とを相互接続して、１２ボルトと３８０ボルトの別個のＤＣ電源をもたらす。ケーブル４２は、この目的のために１本またはそれより多くの導線を含むことができる。
【００２７】
１２ボルトのＤＣ電源は、センサを稼働し、テストステーション２０とパワーモジュール３０両方の装置や制御回路を監視するために使用する。電源モジュール２６はまた、例えばパワーモジュール３０を直ちにシャットダウンするのが望ましい場合にケーブル４２による電力供給を停止する緊急停止スイッチ（図示せず）などの補助機能に、２４ボルトの直流を与える。テストステーション２０またはパワーモジュール３０内で必要とされるさらなる電圧供給レベルは、１２ボルト、２４ボルトまたは３８０ボルトのＤＣ電源から得られる。３８０ボルトの電源は、例えばパワーモジュール３０の反応ガス送風機のために使用する。
【００２８】
テストステーション２０はさらに模擬負荷モジュール２４を含み、このモジュールは、パワーモジュール３０が通常の電力生成モードで稼働しているときに、このパワーモジュール３０の燃料電池スタック３４から電流を取り出す。模擬負荷モジュール２４は、燃料電池スタック３４から受け取った電気エネルギーを熱エネルギーに有効に変換し、この熱エネルギーは冷却水などの周知の熱遮断プロセスの助けによって消散する。
【００２９】
模擬負荷モジュール２４は負荷ボックスの列を含むことができ、各ボックスが燃料電池スタック３４から供給された電流の一部を取り出す。パワーモジュール３０によって供給される電力に応じて、負荷列として結合された１つまたはそれより多くのこういった負荷ボックスを使用して、負荷モジュール２４に供給される電気負荷を消散させることができる。１０ｋｗのパワーモジュールに適した負荷ボックスは、１００Ｖ、１０００Ａ、１２ｋｗに定格され水冷されるボックスである。出力電力ケーブル４４は、出力電力を燃料電池スタック３４から模擬負荷モジュール２４へと運搬するために使用する。模擬負荷モジュールは、ユーザが特定した負荷プロフィールまたはデフォルトの負荷プロフィールにしたがって燃料電池スタック３４から電流を取り出すように、テストコントローラ２２によって制御される。したがって、負荷プロフィールを、要望通りに時間と共に変化させることができる。
【００３０】
冷却液の制御および燃料電池スタック３４への供給は、本実施形態ではテストステーション２０の外部で行われる。しかしながら図２に示しこれに関して説明する実施形態では、冷却液の供給をテストコントローラ２２によって制御し監視する。
【００３１】
テストステーション２０はさらにユーザインタフェース２７を含み、このユーザインタフェースは、例えばディスプレイとキーボード、そしてユーザがパワーモジュール３０のテストを観察し統制できるように助けるのに適したあらゆる他のユーザインタフェースデバイスを含む。テストステーションは、ユーザによる入力やディスプレイへの出力をしやすくし、グラフィックやデータのロギング機能を提供するのに適したソフトウェアを保存し実行する。
【００３２】
テストコントローラ２２は、模擬負荷モジュール２４、電源モジュール２６、そしてユーザインタフェース２７と通信してテストステーション２０を作動する。テストコントローラ２２は、電源モジュール２６から電力を受け取り、電力がパワーモジュール３０とテストステーション２０の適当なコンポーネントに供給されているかをチェックする。テストコントローラ２２は模擬負荷モジュール２４とも通信して、負荷モジュール２４が燃料電池スタック３４から電流を取り出すときのこの負荷モジュール内の熱遮断（即ち、消散）を監視し制御する。テストコントローラ２２はさらに、キーボードまたはマウスなどのユーザインタフェース２７に備えられた関連する入力デバイスからの入力を受け取り、ＦＣＰＭのテスト時に収集したテストデータのグラフィック表示をユーザが観察できるように、ディスプレイ信号をディスプレイに送るように構成される。
【００３３】
好適な形態では、テストコントローラ２２はインテル株式会社（Intel Corporation）によるペンティアム４（Pentium ４）またはこれと同等のコンピュータプロセッサを備える。このコンピュータプロセッサは、テストステーション２０の動作のために制御および監視ソフトウェアを効率的に実行し、高速および低速の（揮発性および不揮発性）メモリを含めた標準的なコンピュータ周辺装置にアクセスするのに十分な機能を有する必要がある。テストコントローラ２２は、ナショナルインスツルメンツ株式会社（National Instruments Corporation）による、自動化およびデータロギングに適したＬａｂＶＩＥＷソフトウェアを実行するのが好ましいが、代わりに他の適切な自動化およびデータロギングソフトウェアを使用することもできる。テストコントローラ２２はメモリ（図示せず）を備えるかまたはこれにアクセスする。このメモリには、ＦＣＰＭのテスト時に収集したデータや、テストコントローラ２２に本明細書中で説明したテスト方法や手順を実行させるためのコンピュータプログラム命令が保存される。
【００３４】
パワーモジュール３０内で適当な制御および監視機能を実行するために、ＦＣＰＭコントローラ３２は幾つかの内部機能を制御および／または監視するように構成される。例えば、パワーモジュール３０は燃料電池スタック３４への反応ガスの流量や圧力を制御するのが好ましい。さらにこのパワーモジュールは、サーミスタまたはサーモカップルなどの温度センサ、そして燃料電池スタック３４に供給する前に反応ガスを加湿するための何らかの形態の加湿手段を含むことができる。パワーモジュール３０は、（例えば、適切なドレインを経た）反応ガスや副生成物の水を、テストステーション２０を介してまたはパワーモジュール３０から直接排出するための排出口またはドレインを有することもできる。
【００３５】
パワーモジュール３０は、燃料電池スタック３４の電池電圧を監視するために電圧モニタ（図示せず）を含むこともできる。適切な電圧モニタは、２００１年５月２９日に出願された共有の米国同時係属出願番号第０９/８６５，５６２号に記載されており、この内容は参照によって本明細書中に援用される。この米国同時係属出願番号第０９/８６５，５６２号は、米国公開特許番号第２００２−０１８０４４７−Ａ１号で公開されている。この電圧モニタは、時間と共に変化する燃料電池スタック３４の各セルの電圧レベルを監視し、収集した情報をＦＣＰＭコントローラ３２に与え、この情報は他のテストデータと共にテストコントローラ２２に送信される。
【００３６】
ＦＣＰＭコントローラ３２は、インフィニオンテクノロジーズ株式会社（Infineon Technologies AG）によるＣＭＯＳ１６ビット２０ＭＨｚＣ１６７Ｃマイクロコントローラなどの埋め込み型コントローラでもよい。
【００３７】
図２を参照すると、テストシステム１２の形態の本発明の第２の実施形態が示される。このテストシステム１２は、図１に示されこれに関して説明したテストシステム１０に類似するが、既述のテストステーション２０よりも強化した機能を伴うテストステーション５０を有する。図２の以下の説明では、上述のテストステーション２０と異なるテストステーション５０の態様のみを参照する。したがって、例えばＣＡＮバス４０を介したテストコントローラ２２とＦＣＰＭコントローラ３２とのインタラクションの説明については、上の図１に関する対応する説明を参照されたい。
【００３８】
テストステーション５０は、その内部にある付加的な監視および制御モジュールとインタフェースするためのデータ獲得モジュール５２を含むという点において、テストステーション２０のさらなる強化かつ高性能バージョンである。データ獲得モジュール５２の主な機能は、付加モジュールに関連する種々のセンサからアナログ入力を受け取り、これをデジタル形態に変換し、デジタル化データをテストコントローラ２２へと伝達することである。
【００３９】
必要ならば、データ獲得モジュール５２はテストコントローラ２２からデジタル信号を受け取り、これをアナログ出力に変換してテストステーション５０内のデバイス（例えば、ポンプ、ファン、流量制御装置、ソレノイド弁など）の制御を実行できる。例えば、燃料電池スタック３４に供給される冷却液の温度を感知するための、冷却ライン（図示せず）に沿った多数のサーミスタ（図示せず）を含むことができるサーマルモジュール５４を設けるのが好ましい（図３に関連して以下でさらに説明する）。さらに、冷却ライン内の冷却液の流量を制御するために、テストコントローラ２２は出力制御信号をデータ獲得モジュール５２に与え、このデータ獲得モジュールは、サーマルモジュール５４を介して冷却ラインのポンプおよび／または他の制御装置へとアナログ出力制御信号を与える。処理すべき種々の入力および出力のそれぞれに対してデジタルおよび／またはアナログ信号を受け取るように、必要に応じてデータ獲得モジュールを構成できることが理解されるであろう。
【００４０】
サーマルモジュール５４は、冷却液の流量を監視するために、冷却ラインに沿った１つまたはそれより多くの流量センサ（図示せず）を含む。例えばサーマルモジュール５４の流量センサの出力が冷却液の流れがないことを示したならば、テストコントローラ２２はシャットダウンするようにパワーモジュール３０に命令することができる。
【００４１】
サーマルモジュール５４以外に、テストステーション５０は、水道水などの冷却液の模擬負荷モジュール２４内の負荷ボックスへの供給を監視するための補助冷却モジュール５５を含み、熱遮断を助ける。データ獲得モジュール５２は、補助冷却モジュール５５内の流量センサまたは流量計（図示せず）から、熱遮断冷却液が流れていることを示す入力を受け取る。
【００４２】
模擬負荷２４がパワーモジュール３０から電流を取り出したときに、負荷ボックスが適当な冷却を受けられるように、他の適切な流量制御／監視装置（図示せず）が補助冷却モジュール５５内に含まれる。反応ガス／不活性ガスモジュール５７は、別々の反応ガス入力ラインと不活性ガス入力ラインにあるガス流量センサとガス圧センサ（図示せず）を使用して、パワーモジュール３０への反応ガスおよび不活性ガスの供給を監視する。ここでの反応ガスは、燃料ガスとして水素を含有するのが好ましく、アノードのみに供給される。他の反応ガスとして、空気をスタックの各燃料電池のカソードに供給することができる。反応ガス／不活性ガスモジュール５７の監視センサの出力は、データ獲得モジュール５２に与えられる。
【００４３】
動作環境の圧力、温度、相対湿度を監視するセンサは、動作環境モジュール５８内に含まれる。このモジュールは、テストコントローラ２２による処理および監視のために、センサ出力データをデータ獲得モジュール５２に供給する。カソードに供給される反応ガスは動作環境から採取した周囲空気であるため、動作環境における空気の圧力、温度、相対湿度のレベルを測定することが重要である。
【００４４】
図１および２は、化学プロセスの意味あいというよりむしろ電気、制御またはデータ通信の意味あいでこれらの図に関して説明した、種々のモジュール間のインタラクションを示す。一般に、各モジュールは関連する何らかの感知または制御装置を有し、感知または命令されたプロセスパラメータに関する電気信号を生成または受信する。以下に説明する図３は、本発明の実施形態が作動する技術的背景を説明する目的で、ＦＣＰＭ３０とテストステーション２０または５０のモジュール間のプロセスインタラクションを一般的に示す。
【００４５】
図３を参照すると、テストオペレーションプロセスを実行するためのテスト構成１００が示される。このテスト構成１００では、空気１６０が１つまたはそれより多くの送風機（図示せず）によって少なくとも１つのフィルタ（図示せず）を経て、反応ガス供給の一部としてパワーモジュール３０のカソードへと入力される。水素または水素が豊富なハイドロカーボン改質原料がＨ2／Ｎ2原料１６７によってテストステーション２０または５０に供給される。或いは、Ｈ2／Ｎ2原料１６７を、アノードから反応（燃料）ガスをパージするための、窒素などの不活性ガスの原料として使用してもよい。テストステーション２０内のガス供給制御モジュール１５７は、原料供給源１６７からＨ2またはＮ2原料を受け取り、燃料ガスまたは不活性ガスの圧力、湿度、そしてパワーモジュール３０内の燃料電池スタック３４のアノードへの流量を制御する。
【００４６】
テストステーション２０内の負荷モジュール１２４は、パワーモジュールからの熱エネルギーを消散させるために１つまたはそれより多くの負荷ボックスを含み、この目的のために外部（公衆）の給水手段から水道水１６２などの冷却水を受け取る。負荷モジュール１２４によってこのようにして使用される水は、ドレイン１７０で排水される。水道水１６２は、負荷モジュール１２４に供給される前に、少なくとも粗フィルタ（図示せず）でろ過されるのが好ましい。
【００４７】
テストステーション２０内のサーマルモジュール１５４は、脱イオン水を１６４を受け取り、これを冷却液としてパワーモジュール３０に供給し、使った冷却液をパワーモジュール３０から受け取る。サーマルモジュール１５４は、使った冷却液を熱交換器（図示せず）を使用して冷却し、必要ならばさらなる脱イオン水１６４を補給する。
【００４８】
アノードおよびカソードの排気ガスは放出され、凝縮液は、テストステーション２０もしくは５０の一部または別個の補助機能のいずれかとしての排気−凝縮液分離モジュール１５６でガスから分離される。分離された凝集液は、ドレイン１７０に送られる。
【００４９】
ＦＣＰＭコントローラ３２とテストコントローラ２２がＦＣＰＭ３０の性能テストおよび制御に関して有効に通信できるようにするために、データ交換構造を確立する。
【００５０】
図４Ａ、４Ｂ、そして４Ｃを参照すると、テストコントローラ２２はシステムオペレーション（４２０、４２５）およびセットアップ（４３０）コマンドメッセージをＦＣＰＭコントローラ３２に発行するようにプログラムされる。こういったコマンド４２０、４２５、４３０は、メッセージ識別子（ＩＤ）フィールド４０５、データメッセージのデータ長（バイト）を示すデータ長フィールド４１０、そしてデータペイロードを保持する少なくとも１つのデータフィールド４１５を含む。
【００５１】
メッセージＩＤフィールド４０５は、送信されているコマンドの種類を示す。メッセージにおけるデータフィールドのデータ長およびフォーマットは、メッセージＩＤが指定したメッセージの種類に応じて変化する。例えば、コマンドメッセージ４２０のメッセージＩＤ番号３９１はオペレーションコマンドを示し、コマンドメッセージ４２５のメッセージＩＤ番号７１８は、電流が燃料電池スタック３４によって供給される稼働モード時に送信される、テストコントローラ２２からのハートビート信号を示す。
【００５２】
ＦＣＰＭコントローラ３２は、稼働モードにおいて周期的に、例えば０.５秒ごとにハートビート信号を受信しなければならない。そうでなければＦＣＰＭはスタンバイモードに戻る。他の適切なハートビート周期を特定のテスト要件に対して選択することができる。セットアップコマンド４３０は一般に電流取り出し要求であって、データフィールド４１５はテストステーション２０が燃料電池スタック３４から取り出したい電流の量を示す。
【００５３】
ＦＣＰＭ３０は幾つかのモードのうちの１つで作動できるため、テストコントローラ２２は、システムオペレーションコマンドメッセージ４２０をＦＣＰＭコントローラ３２に送信してＦＣＰＭ３０が作動すべきモードを示すようにプログラムされる。こういったオペレーションモードの例として、稼働モード、スタンバイモード、クールダウンモード、クイックシャットダウンおよびアノードパージが挙げられる。
【００５４】
スタンバイモードでは、ＦＣＰＭ３０は燃料電池スタックをシャットダウン状態（即ち、オフの状態）からウォーミングアップしているか、またはＦＣＰＭ３０は作動状態にあるがテストコントローラ２２からのさらなるコマンドの受信を待機しているかのいずれかである。
【００５５】
稼働モードでは、ＦＣＰＭ３０は作動可能で模擬負荷モジュール２４に電流を供給している。稼働モードでは、燃料電池スタック３４はその内部にある各燃料電池のアノード側およびカソード側で反応ガスを消費することによって（電流を出力することで）電力を生成するように作動している。稼働モード時は、ＦＣＰＭコントローラ３２は各々が異なる電流取り出し要求を有する１つまたはそれより多くのセットアップコマンド４３０をテストコントローラ２２から受信するため、燃料電池スタック３４の電流出力は、スタックの所望の可変負荷プロフィールにしたがって時間と共に変化する。
【００５６】
クールダウンモードでは、ＦＣＰＭ３０のシャットダウンに備えて、燃料電池スタック３４はさらなる反応ガスを受け取らない。冷却液は燃料電池スタック３４へと流れ続けてその中の燃料電池を冷却する。クールダウンモード時には若干の残留電流が燃料電池スタック３４から出力されるが、反応ガスは各セルのアノード側およびカソード側に残っている。
【００５７】
クイックシャットダウンモードは、緊急の状況でＦＣＰＭ３０の動作を迅速にシャットダウンするために使用する。例えば、燃料電池スタック３４の温度が高すぎると、燃料電池が損傷する可能性があるのでＦＣＰＭ３０を迅速にシャットダウンする必要がある。別の例では、冷却液ラインの流量センサが燃料電池スタック３４内の燃料電池への冷却液の流れがないと示した場合に、クイックシャットダウンモードを使用することができる。
【００５８】
アノードパージモードでは、不活性ガスを使用して燃料電池スタック３４内の各セルのアノード側から燃料ガスをパージし、燃料電池スタック３４が反応ガスを消費しつづけて電流を生成しないようにする。アノードパージモードは、クールダウン処理の一部として使用してもよいし、燃料電池スタック３４が一定の温度までクールダウンした後に実行してもよい。一般的には、ＦＣＰＭ３０のテスト前および後に、窒素またはあらゆる他の適切な不活性ガスを使用して燃料電池スタック３４のセルのアノードをパージするのが望ましい。あらゆる反応ガスを一掃する以外に、アノードパージは、燃料電池の性能に悪影響を及ぼしひいては燃料電池スタック３４の性能に悪影響を及ぼす可能性のある、セルの残留水または他の汚染物質を一掃する役目も果たすことができる。
【００５９】
ＦＣＰＭ３０が模擬負荷のもとでテストを開始するために、テストコントローラ２２は、例えばメッセージＩＤフィールド４０５にメッセージＩＤ番号３９１とデータフィールド４１５に稼働モードを指定するデータコードとを有するシステムオペレーションコマンドメッセージ４２０を発行する。或いは、ＦＣＰＭ３０が別のオペレーションモードで作動することをテストコントローラ２２が望むならば、そのオペレーションモードに対応するデータコードがデータフィールド４１５に送信される。
【００６０】
ＦＣＰＭコントローラ３２がテストコントローラ２２からシステムコマンドメッセージ４２０、４２５または４３０を受信すると、ＦＣＰＭコントローラはまず最初にメッセージＩＤフィールド４０５をデコードしてシステムコマンド４２０、４２５または４３０の種類を判定する。メッセージＩＤフィールド４０５の値に応じて、ＦＣＰＭコントローラ３２はシステムコマンドメッセージ４２０、４２５または４３０の残りのデコードを進める。例えば、メッセージＩＤフィールド値が３９１ならば、ＦＣＰＭコントローラ３２はデータ長フィールド４１０のデコード（データフィールドが占めるバイト数を判定するため)とデータフィールド４１５のデコードを進め、メッセージＩＤフィールド４０５の値からそのコマンドがオペレーションモードコマンドであると認識する。次いでデータフィールド４１５の値を使用してＦＣＰＭ３０のオペレーションモードを設定する。
【００６１】
別の例では、メッセージＩＤフィールド４０５の値が７１８ならば、例えばＦＣＰＭコントローラ３２はこれをハートビートメッセージ(コマンドメッセージ４２５)と認識する。ＦＣＰＭコントローラ３２はハートビートメッセージの周期的な受信しか必要としないため、メッセージのコンテンツは重要ではない。したがってＦＣＰＭコントローラ３２は、データ長フィールド４１０とデータフィールド４１５のコンテンツを無視することができる。
【００６２】
さらなる例では、システムコマンドメッセージは模擬負荷２４を駆動するのに必要なＦＣＰＭ３２からの出力電流レベルを設定するためのシステムセットアップコマンド４３０でもよい。したがって、例えばメッセージＩＤフィールド４０５の値５１９をＦＣＰＭコントローラ３２でデコードして、電流取り出し要求と解釈することもできる。入力メッセージが電流取り出し要求であるとＦＣＰＭコントローラ３２が判定すると、このＦＣＰＭコントローラはデータ長フィールド４１０とデータフィールド４１５をデコードして模擬負荷２４へ供給する電流量を決定する。次いでＦＣＰＭコントローラ３２は、可能ならばデータフィールド４１５で指定した電流を出力できるように（例えば反応ガス供給の制御によって）燃料電池スタック３４の設定を進める。
【００６３】
電流取り出し要求におけるデータフィールド４１５の値は、データフィールド４１５のバイナリ数に対応するデシマル値が０．５アンペアの基本電流増分の倍数であるように構成される。例えばデータフィールド４１５がバイナリ数１００１を保持するならば、これはデシマル値９に対応するため、電流取り出し要求は４．５アンペアの出力電流を指定する（９×０．５）。この例は、コマンドメッセージ４３０のデータフィールド４１５におけるデータを構成し解釈するための１つの方法にすぎない。電流取り出し要求と共にデータフィールド４１５に送信された値から所望の電流出力を示すのに他の適切な方法を使用することもできる。
【００６４】
電流取り出し要求は、ＦＣＰＭ３０が稼働モードのときだけＦＣＰＭコントローラ３２に送信することができる。ＦＣＰＭ３０が稼働モード以外のモードのときにテストコントローラ２２が電流取り出し要求を送信すると、ＦＣＰＭコントローラ３２は、ＦＣＰＭ３０のオペレーションモードが稼働モードに対応しないため電流を燃料電池スタック３４から出力できないことを示す状態メッセージをテストコントロール２２に送信することで、応答する。
【００６５】
図５は、ＦＣＰＭコントローラ３２によってテストコントローラ２２に送信されてＦＣＰＭの状態または故障に関する情報を提供する、（メッセージ５２０の形態の）データレコードの表示である。メッセージ５２０は、メッセージＩＤフィールド５０５、データ長フィールド５１０、そしてシステムの状態および故障を示す幾つかのデータフィールド５１５を含む。メッセージ５２０は、上述のコマンド４２０および４３０と同様の方法でテストコントローラ２２によってデコードされる。即ち、メッセージフィールド５０５が最初にデコードされて、次にデータ長フィールド５１０、そしてその次に全てのデータフィールド５１５がデコードされる。
【００６６】
ＦＣＰＭ３０の状態および／または故障に関する情報をテストコントローラ２２に伝えるために、少なくとも２つのデータフィールド５１５がメッセージ５２０に含まれる。例えば、１つのデータフィールド５１５をＦＣＰＭの状態を示すために使用できる。この状態は以下のうちの任意の１つであり得る。
ＦＣＰＭの状態
１．       スタート
２．       スタンバイ
３．       ＯＣＶ待機
４．       出力プレチャージ待機
５．       稼働モード
６．       稼働モード−スタック再生
７．       クールダウン
８．       故障状態
９．       送風機起動
１０．     ＦＣＰＭカソードパージ
【００６７】
メッセージ５２０のもう１つのデータフィールド５１５は、ＦＣＰＭ３０が故障状況にあることを状態が示した場合に、検出された実際の故障を定義する。故障を示すデータフィールド５１５は、例えば約４０ビットの長さである。例示的な故障状態は以下の通りである。
故障状態
番号       説明
１．       スタック不足電圧
２．       冷却液過熱
３．       Ｈ２過圧
４．       スタック分離故障
５．       出力プレチャージ故障
６．       水素の漏れ
７．       カソード飽和器低速故障
８．       外部システム緊急停止
９．       ＦＩＴセンサ範囲外
１０．     電流センサ範囲外
１１．     冷却液温度センサ範囲外
１２．     冷却液ポンプリレー故障
１３．     再循環ポンプリレー故障
１４．     送風機故障
１５．     Ｈ２シャットオフバルブ故障
１６．     Ｈ２パージバルブ故障
１７．     カソード飽和器モータ故障
１８．     水分離器ドレインバルブ故障
１９．     パイロットイネーブル故障
２０．     冷却液ポンプリレー過電流
２１．     再循環ポンプリレー過電流
２２．     送風機制御信号短絡
２３．     Ｈ２シャットオフバルブ過電流
２４．     Ｈ２パージバルブ過電流
２５．     カソード飽和器過電流
２６．     水分離器ドレインバルブ過電流
２７．     パイロットイネーブル過電流
２８．     補助再循環リレー故障
２９．     補助再循環リレー短絡
３０．     Ｈ２低供給圧力
３１．     ３８０Ｖブーストイネーブル短絡
３２．     １２Ｖバックイネーブル短絡
３３．     過電流故障
３４．     冷却液アンダーフロー故障
３５．     冷却液レベルスイッチ故障
【００６８】
上の表に挙げた故障状態の説明は、燃料電池スタックとこれを有するパワーモジュールのテストとの関連において、通常の制御関連またはセンサ関連の故障として当業者に理解されるであろう。
【００６９】
メッセージ５２０は、メッセージの周期を示すためのタイミングフィールド５１７を含むのが好ましい。
【００７０】
データフィールド５１５では、各フィールドのビット数はそのフィールドによって定義される起こり得る状態の数に対応するかまたはこの数を超える。したがって、例えばＦＣＰＭ３０が１０の異なる起こり得る状態を有するならば、こういった状態を示すための対応するデータフィールド５１５は１０ビットを有する。これによってある特定の状態は、その状態のビットがオン即ち「１」の場合に当てはまるように、そしてその状態のビットがオフ即ち「０」のときにも当てはまるように、示される。或いは、フィールドによって示される状況または状態の数を、その状況または状態の数に対応するバイナリ数で表すこともできる。
【００７１】
メッセージ５２０（そして以下に説明するメッセージ６２０、６３０）の形態のテストデータは、ＦＣＰＭコントローラ３２からテストコントローラ２２へと周期的に送信され、その一方でＦＣＰＭコントローラ３２はテストコントローラ２２からハートビート信号を受信し続ける。メッセージ５２０の送信の周期は、ハートビート信号の周期と同じかまたはこれより短いのが好ましい。例えば、メッセージ５２０は０．０５〜０．５秒ごとにＦＣＰＭコントローラ３２からテストコントローラ２２へと送信される。
【００７２】
図６Ａおよび６ＢはＦＣＰＭ情報メッセージ６２０および６３０を示し、それぞれメッセージＩＤフィールド６０５、データ長フィールド６１０、複数のデータフィールド６１５、そしてタイミングフィールド６１７を有する。情報メッセージ６２０および６３０は、メッセージ５２０に関して説明したデコード方法と同じように、テストコントローラ２２によってデコードされる。
【００７３】
情報メッセージ６２０、６３０は、テストの際にＦＣＰＭコントローラ３２からテストコントローラ２２へと動作パラメータ情報を送信するために使用できる。例えば、ＦＣＰＭコントローラ３２は、燃料電池スタック３４から取り出し可能な許容電流を報告するのに情報メッセージを使用することができ、燃料電池電流と燃料電池スタック電圧を示すことができる。この情報は、ＦＣＰＭ情報メッセージ６２０または６３０内の別個のデータフィールド６１５でエンコードされるのが好ましい。電流値は１アンペア／ビットの比率で示すことができ、スタック電圧は例えば０．１ボルト／ビットの比率で示すことができる。図６Ａに示す例では、冷却液の温度もＦＣＰＭ情報メッセージ６２０のデータフィールド６１５の１つにエンコードされる。冷却液の温度は、例えば１℃／ビットで示すことができる。
【００７４】
各ＦＣＰＭ情報メッセージ６２０、６３０は、別のメッセージが送信されるまでの周期を指定するタイミングフィールドを含む。例えばこういった別のメッセージを、５０ミリ秒ごとに送信することができる。ＦＣＰＭ情報メッセージ６２０、６３０はまた、図５に関連して説明したのと同じようにＦＣＰＭの動作状態を示す専用データフィールド６１５も含むのが好ましい。
【００７５】
情報メッセージ６３０は、ＦＣＰＭコントローラ３２からテストコントローラ２２への情報メッセージ出力の別の例を提供する。しかしここでは、データフィールド６１５のコンテンツを種々の目的、例えばＦＣＰＭ３０が受け取った空気入力、必要とされる空気入力、受信した空気の湿度および／または供給電圧レベルなどの動作パラメータを示すために使用する。他の動作パラメータを、データフィールド６１５のコンテンツに対して指定できる。ＦＣＰＭ情報メッセージ６２０および６３０は、テストコントローラ２２のデータ収集要求に応じて、順にまたは一方の代わりに他方を送信することができる。
【００７６】
図５、６Ａおよび６Ｂに関して説明したような情報メッセージにおいて、幾つかのパワーモジュール３０を（図８に示しこれに関して説明するように）同時にテストするためにテストコントローラ２２を使用する場合、各メッセージ６２０、６３０または５２０のメッセージＩＤフィールド６０５または５０５の値は、テストされる多数のパワーモジュール３０のうちの特定の１つに対応するオフセットＮを含む。したがって、例えばテストステーションが１０個のパワーモジュール３０を制御する場合、第１のパワーモジュールのＮの値は０で、第２のパワーモジュール３０場合は１で、第１０のパワーモジュール３０の場合の９までとなる。
【００７７】
したがって、第１のパワーモジュール３０からの情報メッセージ６２０、６３０または５２０がメッセージＩＤ番号７７５（即ち、７７５＋Ｎ、ここでＮ＝０）を有するならば、第２のパワーモジュール３０はメッセージＩＤ番号７７６（即ち、７７５＋Ｎ、ここでＮ＝１）を有する、対応する情報メッセージ（即ち、同じ動作パラメータを含む）を送信し、第１０のパワーモジュール３０はメッセージＩＤ番号７８４（即ち、７７５＋Ｎ、ここでＮ＝９）を有する、対応する情報メッセージを送信する。メッセージＩＤフィールド６０５、５０５に与えられるこのオフセットによって、テストコントローラが、多数のパワーモジュールのうちのどれが入力情報メッセージのソースであるかを容易に識別できる。
【００７８】
図７は、テストシステム７００のマスタスレーブ構成のブロック図であり、マスタシステムコントローラ７１０は、スレーブテストステーション７２０内の複数のスレーブテストコントローラ７２２と通信して多数のパワーモジュール３０それぞれから電流を取り出す。マスタシステムコントローラ７１０はスレーブテストステーション７２０に対して遠隔配置されてもよいし、スレーブテストステーションの１つまたはそれより多くと同じ場所に配置されてもよい。マスタシステムコントローラ７１０は、好ましくは上述のＬａｂＶＩＥＷソフトウェアを実行するコンピュータプロセッサ（図示せず）を備え、図１および２に示しこれに関して説明したテストステーション２０および５０と同様の種類のユーザインタフェース機能（図示せず）を有する。
【００７９】
テストシステム７００のマスタスレーブ構成では、各パワーモジュール３０は、図１〜３に関して説明した方法と同じ方法で、各スレーブテストステーション７２０の模擬負荷２４を使用する。
【００８０】
テストシステム７００のスレーブテストステーション７２０の数は、マスタシステムコントローラ７１０の処理能力に依存する。したがって、高いデータ処理能力を有するマスタシステムコントローラ７１０ならば、多くのスレーブテストステーション７２０を同時に稼働して各パワーモジュール３０をテストすることができる。この構成によって、多数のパワーモジュール３０のテストが必要な場合のテストの効率が上昇する。
【００８１】
マスタシステムコントローラ７１０は、スレーブテストコントローラ７２２と周期的に通信して、スレーブコントローラが収集したテストデータレコードを取り出す。これは、マスタシステムコントローラ７１０はパワーモジュールのテストを制御する直接的な責任がないために、スレーブテストコントローラ７２２によるパワーモジュールの性能パラメータのデータ獲得よりもいくらか遅いポーリング方式で実行することができる。
【００８２】
テストシステム７００の１実施形態では、スレーブテストコントローラ７２２は比較的ダムでよく、ユーザインタフェース機能を含まないために縮小されたディスプレイとソフトウェア機能しか必要としない。或いはスレーブテストステーション７２０は、テストステーション２０または５０と同じ機能を有してもよい。
【００８３】
マスタシステムコントローラ７１０を使用してスレーブテストステーション７２０内の多数のスレーブテストコントローラ７２２とインタフェースする以外に、マスタスレーブテストシステム７００は、図１および２それぞれに関して説明したテストシステム１０および１２と同様に、一連の同時稼働テストシステムとして作動する。
【００８４】
図８は、テストシステム８００のブロック図で、そこではテストコントローラ８２２を有する単一のテストステーション８２０が複数のパワーモジュール３０をパラレルにテストするように構成される。こういった制御を実行するために、テストコントローラ８２２は適切な能力の処理機能を有し、パワーモジュール３０から所望の電流量を取り出す必要に応じて、模擬負荷８２４の列を制御する。
【００８５】
テストシステム７００および８００は、図１および２それぞれに示しこれに関して説明したテストステーション２０および５０に類似する性能のテストステーション７２０、８２０を利用する。例えば、テストコントローラ８２０は各ＣＡＮバス４０の接続によって複数のパワーモジュール３０に接続し、各出力ケーブル４４を介してパワーモジュール３０から電力を受け取る。一般に各テストステーション７２０、８２０は、パワーモジュール３０へと電力を供給（または少なくとも電力供給を監視）する責任がある。
【００８６】
上述の実施形態は、アノードで燃料ガスとして水素を受け取りカソードで反応ガスとして空気を受け取るように構成された燃料電池および燃料電池スタックに関して説明されてきたが、例えば異なる電気化学反応に基づく異なる燃料電池または燃料電池コンポーネントまたは構成要素を有する別の電気化学スタックを、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく利用できることを、当業者なら理解するであろう。特に、説明した実施形態は、燃料電池スタックではなく電解セルスタックのテストに適用できる。
【００８７】
テストシステムの実施形態内のテストステーションおよびパワーモジュールの要素および機能について説明してきたが、テストステーションとパワーモジュールの両方に、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく可変的な機能や高い性能を備えることができることに注目されたい。例えばテストステーションにはコントローラと模擬負荷が必要で、パワーモジュールには燃料電池スタックとコントローラが必要であるが、例えば反応ガスや冷却液の供給機能などの他の特徴を別個に設けることができることに注目されたい。さらに、例えばテストステーション２０、５０とは無関係に、燃料電池パワーモジュール３０に電力を供給することができる。さらに、燃料電池スタックに供給されこれから戻る反応ガスに対して行われる計測および制御の度合いを、所望の実施例に応じて変化させることができる。
【００８８】
現在のところ好適な例とみなされているものを参照して本発明を説明してきたが、本発明が開示の例に限定されないことが理解されるであろう。それどころか本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる種々の変形例や等価構成を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の１実施形態に係る、燃料電池パワーモジュールのテストシステムの概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係る、燃料電池パワーモジュールのテストシステムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る動作プロセスのテスト構成のブロック図である。
【図４Ａ】例示的なシステムオペレーションコマンドのブロック図である。
【図４Ｂ】例示的なシステムオペレーションコマンドのブロック図である。
【図４Ｃ】例示的なシステムセットアップコマンドのブロック図である。
【図５】パワーモジュールからテストステーションへと送信される例示的な情報レコードのブロック図である。
【図６Ａ】パワーモジュールからテストステーションへと送信される例示的なテストデータレコードの図である。
【図６Ｂ】パワーモジュールからテストステーションへと送信される例示的なテストデータレコードの図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る、多数のパワーモジュールを多数のスレーブテストステーションによってテストするテストシステムのブロック図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係る、パワーモジュールをパラレルにテストするテストシステムのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2007529854.tif 000014
2007529854.tif 000015