(57)【要約】【解決手段】直列に配列された燃料電池スタックの組のための複数の電流センサーは、燃料電池内の電流を独立に測定し、各センサー測定値を他のセンサー測定値の各々と独立に比較することにより、各電流センサーに対して許容度状態が決定される。特徴的な電流測定値は、信頼可能である許容度状態を有する全ての電流センサーから引き出される。【選択図】    図１
2007538369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を発生する燃料電池システムであって、
燃料電池構成要素によって発生した電流を独立に測定するため該燃料電池構成要素に接続された複数の電流センサーと、
前記電流センサーの各々に接続された電流監視装置であって、該電流監視装置は比較論理を有し、該比較論理は、前記電流センサーの各々により発生されたデータ値を、前記複数の電流センサー内の他の電流センサーにより発生されたデータ値と独立に比較することにより、前記複数の電流センサーの各々に対して信頼可能及び信頼不可能からなる群から選択された許容度状態を画定する、前記電流監視装置と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記比較論理は許容変数を更に備え、前記複数の電流センサーの各々に対する前記許容度状態は、２つの独立した電流センサー値の差異を前記許容変数と比較することによって画定される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記許容変数は、閾値範囲を画定する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記許容変数は、固定値を有する、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記比較論理は、前記燃料電池内の与えられた電流センサーに対するデータ値を排除するための作動モード変数を更に備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
複数の燃料電池の構成要素が１組の燃料電池スタックに配備され、前記組の燃料電池スタックの各々は、前記複数の電流センサーを構成する少なくとも１つの電流センサーを有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
各々のスタックは、１つの電流センサーを有する、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記比較論理は、信頼可能である許容度状態を有する全ての電流センサーから特徴的な電流測定値を引き出す、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記特徴的な電流測定値は、信頼可能である許容度状態を有する全ての前記電流センサーからの値の平均値である、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記電流監視装置は、前記特徴的な電流測定値とデータ連通する制御論理を更に備え、該制御論理は、前記燃料電池の制御要素の操作を実行する、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記電流監視装置は、前記比較論理とデータ連通する診断論理を更に備え、該診断論理は、前記複数の電流センサーの各々の前記許容度状態を表示する診断通信を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記複数の電流センサーの各々に対して視覚的インジケータを更に備え、該視覚的インジケータは、前記測定装置と電気的に連通し、前記診断論理は、前記複数の電流センサーの各々の前記許容度状態を保持するため、前記電流センサー及び前記視覚的インジケータに特有な許容度状態変数を有し、
前記複数の電流センサーの各々に対する前記許容度状態はその各々の視覚的インジケータの活動状態で示される、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記電流監視装置は、前記許容度状態変数の各々とデータ通信する停止論理を更に備え該停止論理は、少なくとも１つの予め定義された総停止値の組が比較可能に定義された組としてパターン化された前記全ての許容度状態に等しいとき、前記燃料電池の作動を停止するため該燃料電池の動的制御要素の操作を実行する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
電流を発生するため燃料電池を作動するための方法であって、
複数の電流センサーを用いて、燃料電池要素により発生された電流を測定し、
前記電流センサーの各々により発生されたデータ値を、前記複数の電流センサー内の他の電流センサーにより発生されたデータ値と独立に比較することにより、前記複数の電流センサーの各々に対して信頼可能及び信頼不可能からなる群から選択された許容度状態を画定し、
信頼可能な許容度状態を有するものとして画定された前記複数の電流センサーの各々からの測定値を使用して前記燃料電池を作動させる、各工程を備える、方法。
【請求項１５】
前記許容度状態を画定する工程は、該許容度状態の各々が、２つの独立の電流センサー値の差異を許容変数と比較することにより画定されるように前記許容変数を使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記許容変数は、閾値範囲を画定する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記許容変数は、固定値を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記燃料電池において与えられた電流センサーのためのデータ値を排除するため作動モード変数を指定する工程を更に備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
１組の燃料電池スタックに配備された複数の燃料電池要素により発生された電流を測定する工程を更に備え、前記組の燃料電池スタックの各々は前記複数の電流センサーのうち少なくとも１つの電流センサーを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
各々のスタックは、一つの電流センサーを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
信頼可能である許容度状態を有する前記電流センサーの全てから特徴的な電流測定値を引き出す工程を更に備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記特徴的な電流測定値を引き出すため信頼可能である許容度状態を有する前記電流センサーの全てを平均化する工程を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記燃料電池の制御要素の操作を実行するため前記特徴的な電流測定値を使用して前記燃料電池を作動させる工程を更に備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の電流センサーのための診断情報を決定し、前記電流センサーの各々の許容度状態を示す診断通信を実行する、各工程を更に備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
信頼不可能であると判定された許容度状態を有する前記電流センサーの各々のための視覚的インジケータを作動させる工程を更に備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの予め定義された総停止値の組が比較可能に定義された組としてパターン化された前記全ての許容度状態に等しいとき、前記燃料電池の作動を停止する工程を更に備える、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池パワーシステムに係り、より詳しくは、燃料電池パワーシステムの燃料電池スタックにより発生された電流を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池パワーシステムは、燃料電池スタック内で、燃料及び酸化剤を電気に変換する。典型的な燃料電池スタックは、陽子交換膜（ＰＥＭ）を備え、該陽子交換膜の両面には触媒アノード層及び触媒カソード層が形成されている。反応ガスは、燃料（例えば水素）及び酸化剤（例えば酸素又は空気）を電気に変換する反応を促進するため、これらの触媒面に亘って差し向けられる。
【０００３】
燃料電池スタック又は燃料電池スタックの組の有効な作動は、燃料電池スタック、１組又は１クラスターの電池若しくは１組の接続された燃料電池スタックにおいて個々の電池から発生した電力の測定を必要とする。この点に関して、高出力パワーの燃料電池システム（例えば２００ｋＷ）は、必要となるパワー要求量を発生するため多数の燃料電池スタックを使用することができる。多数の燃料電池スタックの組は、大きな作動領域又は実質的な数の電池のいずれかを有する単一の燃料電池スタック構成への好ましいアプローチであり得る。詳しくは、多数の燃料電池を用いた場合、各々の燃料電池スタックは、多数の設計例に亘って最適化されて規格品の燃料電池スタックモジュールとして提供されるような比較的標準的な臨界質量及びサイズを持っていてもよく、該燃料電池スタックモジュールは、電圧及び抵抗を電気的に直列に配置することにより容易に適用範囲を拡張することができる。明らかに、そのような電気的に直列に配置された各々の燃料電池スタックにおける電流は、直列に配置された全ての燃料電池スタックに亘って等しい。
【０００４】
多数列のスタック燃料電池システムでは、システム制御部が燃料電池スタックから出力された電流の正確な測定に応答することが望ましい。システム電流を測定するための最も一般的な方法は、ホール効果センサー技術に関している。電気的に直列に接続された多重燃料電池スタックを使用するとき、各燃料電池スタックアッセンブリが、システム診断、作動切り替え制御等を促進するためそれ自身の電流センサーを持つことが有利となる。「規格品」の燃料電池スタックモジュールが（前述されたように）より高い総出力パワーレベルを達成するため結合されるとき、各モジュールは、便利なように、それ自身の電流センサーを有する。各モジュールは、当該態様で配備されたならば、スタンドアロン型モジュールとして機能するための設計によって、それ自身の電流センサーを有する。多重スタックシステムが多重重複式電流センサーを有するので、電圧（及び抵抗）に関して電気的直列に接続された燃料電池スタックの組から電流を測定する全ての電流センサーの平均を使用することによりシステムの電流決定することが有利となり、それにより、全体として燃料電池スタックの組により発生された電流を表す一つの測定値は、燃料電池システムの構成要素を制御するため、操作（即ち、調整）判定で使用するため制御プロセス論理に提供される。
【０００５】
しかし、そのような平均化された電流測定値を使用するときの一つの欠点は、かかるアプローチは、特定の電流センサーにおける故障の原因を説明できないということである。この点に関して、ホール効果の電流センサーに関する共通の故障モードは有意なドリフトが生じることであり、該ドリフトは、例えば電気的短絡分析、開放ワイヤ検出、範囲外センサー評価等の共通のセンサー故障検出方法を使用しても容易には検出されない。
【０００６】
別の欠点は、単一のセンサー故障が他のセンサーを不必要に停止させて全スタックの組を停止させた場合に、燃料電池スタックの組の不必要な停止から生じる。
不必要な停止を最小にする一つの解決法は、高い信頼性を提供する高いコストの電流センサーを使用することである。しかし、そのような解決法の高いコストの態様は、燃料電池システムのためのコストを最小にする際には望ましくない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
求められているものは、電流の許容可能な測定、故障した電流センサーの検出、燃料電池のロバストな作動を維持する際の故障した電流センサー補償、及び、電流測定値が上記のような作動的事象のための必要性を総合的に示しているときの燃料電池スタック及び／又は燃料電池スタックの組の適切な停止のための基礎を提供する、燃料電池作動に対する全体論的なアプローチである。本発明は、上記必要性を充足させることに向けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、膜電極アッセンブリにより発生された電流を独立に測定するための複数の電流センサーを使用する燃料電池と、各々の電流センサーに接続された実時間処理コンピュータと、電流センサーの各々の測定値を複数の電流センサー内の他の電流センサーの各々の測定値と独立に比較することにより複数の電流センサーの各々に対して許容度状態を画定するためのコンピュータで実施可能な比較論理と、を提供する。
【０００９】
本発明は、電流を発生するため燃料電池を作動するための方法を提供し、該方法は、複数の電流センサーを用いて、燃料電池要素により発生された電流を測定し、電流センサーの各々の測定値を複数の電流センサー内の他の電流センサーの各々の測定値と独立に比較することにより複数の電流センサーの各々に対して許容度状態を画定するようにコンピュータで実施し、信頼可能な許容度状態を有するものとして画定された複数の電流センサーからの測定値を使用して燃料電池を作動させる、各工程を備える。
【００１０】
本発明は、各々の許容度状態が２つの独立した電流センサー値の差異を許容変数と比較することによって画定されるように、閾値許容変数（好ましくは、固定値）の使用を提供する。
【００１１】
本発明は、無効な電流センサーを指摘するためコンピュータ内に作動モード変数を更に提供する。
本発明は、電圧及び抵抗が直列になるものとして電気的に接続された燃料電池スタックの組を使用し、各々のスタックが少なくとも１つの電流センサーを有する燃料電池システムを更に提供する。
【００１２】
本発明は、特徴的な電流測定値が、信頼可能な許容度状態を有する電流センサーから引き出され、かつ、特徴的な測定値が、燃料電池の作動を停止するための制御要素の操作を含む、燃料電池の制御要素の操作を実行するため使用される燃料電池システムを更に提供する。
【００１３】
本発明は、信頼不可能であると判定されたセンサーについての診断連絡（例えば、音声出力手段）を実施する燃料電池システムを更に提供する。本発明の好ましい態様では、音声出力手段は、センサーが信頼不可能であると判定された場合にのみオペレータに警告する（自動車の「エンジンチェック」光に類似した態様）。
【００１４】
本発明は、たとえ「低コスト」のセンサーが精度及び信頼性特性において「高コスト」の電流センサーと比べて低かったとしても、燃料電池システムにおいて「低コスト」の電流センサーを使用することからコスト節約を提供し、更には、複数の電流測定値を制御のための複合測定値へと結合させることによる信頼性の高い燃料電池作動、燃料電池システムの診断、他の仕方で信頼可能なセンサーの最小限度の停止、並びに、ドリフトしたセンサーが燃料電池スタックの負荷に対し不適切な操作を誘起することから隔離され、排除されるが故の効率的な燃料電池性能を提供する。
【００１５】
本発明の用途の更なる領域は、以下に提供される詳細な説明から明らかとなるであろう。本発明の好ましい実施例を示す詳細な説明及び特定の例は、図示の目的のために意図されたものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１６】
本発明は、次の詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるようになる。
【実施例】
【００１７】
好ましい実施例の次の説明は、その本質上、単なる例示であり、本発明、その用途又は使用法を限定するものではない。
一般に、実時間プロセス制御が、本明細書で説明された燃料電池パワーシステムを制御するため実装されている。この点に関して、実時間コンピュータプロセッシングは、一つの事象が、実際の時間制限内で与えられた応答を引き起こし、当該作用が、外的条件及び実際の時間によって、これらの状況内で詳細に制御される、プロセッシングの方法として幅広く定義されている。プロセス制御の領域における明確な関連説明として、実時間制御のプロセッシングは、連係するプロセス制御論理と、判定と、プロセスを実装する被制御装置（例えば、本発明から有益な効果を受ける燃料電池等）の一部として機能するプロセス制御判定アルゴリズムに固有な定量的作業と、に関している。ここで、プロセス制御判定アルゴリズムは、追跡制御に対して通常２０ｍｓから２秒の期間のかなり高い周波数で周期的に実行される。
【００１８】
燃料電池パワーシステムの作業中の多数の制御判定は、燃料電池スタックの電流の正確な測定に依存している。燃料電池パワーシステムにおける未検出の電流センサーのドリフトは、燃料電池にコスト的に圧迫をもたらしかねない。例えば、電池制御要素の操作の基礎となり得る真値に対して不適切に低い電流読み取り値は、損傷を受けた電池が反転されるならば適切となるが、反応供給ガスの不適切な「窮乏」から派生する。燃料電池の停止も、燃料電池にとってストレスとなり、電流センサードリフト及び／又は故障に起因した不必要な停止は、燃料電池の維持寿命を短くする。
【００１９】
好ましい実施例における上記懸念事項を管理するため、燃料電池を作動させる実時間処理コンピュータは、信頼性の無い電流センサーを検出するようにプログラムされている。実時間処理コンピュータ内の厳密な論理は、同じ電流を重複して測定する電流センサーの組に対して、動作中の各々の電流センサーの測定値を動作中の他のあらゆる電流測定値と比較し、測定値が特定の許容レベル内で合致するか否かを観察する。通常の作動中には、各々の電流センサーは、従って、その読み取り値が合致する多数の他の電流センサーを持っている。各電流センサーに関係する「合致」の数は、各々の個々の電流センサーが、信頼可能な許容度状態又は信頼できない許容度状態のいずれを有するか否かを判定するため、組み合わせ論理（実時間処理コンピュータで実行される）を使用して他の電流センサーの「合致」と比較される。信頼可能な電流センサーは、特徴的な燃料電池スタックシステムの電流測定値を判定するため平均化される。信頼できない電流センサーは、特徴的な電流測定計算での使用から排除される。信頼できない電流センサーは、燃料電池における制御判定プロセスから有効に「排除」されるので、燃料電池パワーシステムは、停止無しに作動し続ける。信頼できない電流センサーの警告が、全ての電流センサーの組の有意なサブセットが信頼不可能とみなされるまで無視されるならば、適切な停止若しくは安全作動モードへの作動状態の転移が、究極的に制御システムによって実施される。
【００２０】
本発明は、包括的な燃料電池システムを参照して更に理解される。従って、本発明を更に説明する前に、本発明の改善された燃料電池が作動するところのパワーシステムの一般的な概観が提供される。一実施例では、体積又はモルを基礎として換算して比較的高い水素含有量を有する改質ガスを生成するため、例えば改質プロセス及び部分酸化プロセスによって炭化水素燃料が燃料プロセッサで処理される。従って、「水素を含む」は、比較的高い水素含有量を有するものとして参照されている。以下、本発明を、そのような改質物を作る方法の如何に関わらず、Ｈ２含有改質物により燃料供給される燃料電池の観点で説明する。本願で具体化された原理は、改質可能な炭化水素、及び、例えばメタノール、エタノール、ガソリン、アルカリ含有物、又は、他の脂肪族若しくは芳香族炭化水素等の水素含有燃料を始めとした、任意の源から得られるＨ２により燃料供給される燃料電池に適用可能であることが理解されるべきである。
【００２１】
図１に示されるように、燃料電池パワーシステム１００は、改質可能な炭化水素燃料流れ１１４と、水流れ１１６からの蒸気の形態の水とを触媒反応させるための燃料処理装置１１２と、を備えている。幾つかの燃料処理装置の中では、空気が、部分酸化／蒸気改質反応の組み合わせでも使用される。この場合には、燃料処理装置１１２は、空気蒸気１１８も受け入れる。燃料処理装置１１２は、１つ以上の反応器を備え、該反応器では、流れ１１４内の改質可能な炭化水素燃料が、流れ１１６内に蒸気が存在し、流れ１１８に空気が存在するとき分解作用を受け、改質物流れ１２０において燃料処理装置１１２から排出された水素含有改質物を生成する。燃料処理装置１１２は、典型的には、例えば水ガスシフト（ＷＧＳ）反応器及び／又は優先酸化（ＰｒＯｘ）反応器等の１つ以上の下流側の反応器を更に備え、これらの反応器は、改質物流れ１２０中の一酸化炭素のレベルを、許容可能なレベル、例えば２０ｐｐｍより下のレベルにまで減少させるため使用される。Ｈ２含有改質物１２０は、ブロックバルブ１７４（燃料電池スタックシステム１２２を制御するため実時間処理コンピュータ１６４により操作される一つの制御要素）を介して、燃料電池スタックシステム１２２のアノードチャンバーへと供給される。ブロックバルブ１７４を介した燃料電池スタックシステム１２２のアノードチャンバーへのＨ２を含む改質物１２０の供給と同時に、流れ１２４内の空気の形態にある酸素は、燃料電池スタックシステム１２２のカソードチャンバーへと供給される。改質物の流れ１２０からの水素と酸化剤の流れ１２４からの酸素とは、電気を生成するため、燃料電池スタックシステム１２２内で反応する。
【００２２】
燃料電池スタックシステム１２２のアノード側部からのアノード排出物（又は流出物）１２６は、幾らかの未反応の水素を含んでいる。燃料電池スタックシステム１２２のカソード側部からのカソード排出物（又は流出物）１２８は、幾らかの未反応の酸素を含んでいる。これらの未反応のガスは、パワーシステム１００内の様々な熱的要求のために燃焼器１３０内で回復された熱エネルギーの形態にある追加のエネルギーを表している。詳しくは、炭化水素燃料１３２及び／又はアノード流出物１２６は、パワーシステム１００の作動条件に依存して、流れ１３４内の空気及び／又はカソード流出物流れ１２８からの空気のいずれかで燃焼器１３０に提供された酸素と、燃焼器１３０内で、触媒的又は熱的に燃焼される。燃焼器１３０は、排出流れ１５４を環境へと吐出し、これにより発生した熱は、必要時に、燃料処理装置１１２へと向けられる。
【００２３】
実時間処理コンピュータ１６４は、（少なくとも）電流センサー１７０からの信号に応答して、バルブ１７４の制御を実行する。明瞭にするため、電流センサー１７０は、図１では単一個数で示されている。しかし、後述されるように、電流センサーは、燃料電池スタック１２２と連係する複数の電流センサーを表すことができる。詳しくは、燃料電池スタック１２２への水素の供給は、水素を含むガスを燃料電池スタックシステム１２２へと流れることを可能にする際に電流センサー１７０からの電流測定値を参照して、実時間処理コンピュータ１６４によりブロックバルブ１７４の操作を通して部分的に制御される。好ましい実施例では、電流センサー１７０は、ホール効果電流センサーである。コントローラの論理１６６は、コンピュータ１６４により実時間で実施するため実時間処理コンピュータ１６４で提供される。この点に関して、コントローラ論理１６６は、プロセスアルゴリズムを構成する、データ及び／又は定式情報及び／又はプログラム実行指令を保持するデータの枠組みとして実時間処理コンピュータ１６４内で、「ソフトウェア」及び／又は「プログラム」及び／又は「実行可能プログラム」としても示される。コントローラ論理１６６は、好ましい実施例では、コンピュータ１６４の物理的メモリ格納部（例えば、「ＲＡＭ」、「ＲＯＭ」又はディスク上）に在住する機械コードである。コントローラ論理１６６は、機械コードを発生するためコンパイルされたソース言語プログラムから導き出されるのが好ましい。物理的メモリ格納部は、該物理的メモリからデータを読み込み、読み込んだデータを結果のデータへと計算で修正し、該結果のデータを物理的メモリへと書き込む、コンピュータ１６４の中央処理ユニット（ＣＰＵ）と電子データ連通している。コンピュータ１６４は、センサー１７０から制御信号を受け取り、コントローラ論理１６６の規定に従って、バルブ１７４に制御信号を送る。
【００２４】
ここで図２を参照すると、燃料電池スタックシステム１２２の部分ＰＥＭ燃料電池スタック２００が、非多孔性の導電性プレート２１２により互いから分離された、一対の膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）２０８及び２１０を有するものとして概略的に表されている。膜電極アッセンブリ２０８、２１０の各々は、カソード面２０８ｃ、２１０ｃと、アノード面２０８ａ、２１０ａと、を有する。膜電極アッセンブリ２０８、２１０と、二極式プレート２１２とは、非多孔性で導電性の液体冷却式プレート２１２、２１４及び２１６の間で一緒に積み重ねられている。プレート２１２、２１４及び２１６は、燃料ガス及び酸化剤ガス（即ち、Ｈ２及びＯ２）を膜電極アッセンブリ２０８、２１０の各々の面に分配するためのプレートの面に形成された複数の流れチャンネルから確立された各々の流れ場２１８、２２０、２２２を各々備えている。非導電性ガスケット又はシール部２２６、２２８、２３０、２３２は、燃料電池スタック２００の幾つかのプレートの間で密封及び電気的絶縁を提供する。なお、燃料電池スタック２００は、プレート２１２が２つの燃料電池の間で分かち合い、図示の燃料電池のうち一つと、各場合において、図２には表されていない別の燃料電池との間でプレート２１４、２１６を分かち合った状態で、２つの燃料電池を示している。この点に関して、燃料電池スタック内の「燃料電池」は、スタック内の任意の特定の燃料電池が別の電池と、二極式プレートの少なくとも１つの側部を分かち合う限りにおいては、物理的に完全に分離可能ではない。
【００２５】
多孔性のガス透過性の導電性シート２３４、２３６、２３８、２４０は、膜電極アッセンブリ２０８、２１０の電極面に対して押圧され、各々の電極に対して主要な電流コレクターとして機能する。主要電流コレクター２３４、２３６、２３８、２４０は、特に膜電極アッセンブリが流れ場で他の手段で支持されていない位置で、膜電極アッセンブリ２０８、２１０のための機械的支持も提供する。プレート２１４は、膜電極アッセンブリ２１０のアノード面２１０ａに主要電流コレクター２４０に対して押圧し、プレート２１２は、膜電極アッセンブリ２１０のカソード面２１０ｃに主要電流コレクター２３８に対して押圧する。
【００２６】
例えば空気／酸素等の酸化剤ガスは、空気源１１８及びライン１２４から、適切な供給配管２４８を介して燃料電池スタック２００のカソード側部へと供給される。例えば水素等の燃料は、水素源２７０から適切な供給配管２４４を介して燃料電池２００のアノード側部へと供給される。膜電極アッセンブリ２０８、２１０の、Ｈ２側及びＯ２／空気側の両方のための排出配管（図示せず）は、アノード流れ場からアノード流出物を除去し、カソード流れ場からカソード流出物を除去するため提供されている。冷却剤配管２５０、２５２は、必要時に、二極式プレート２１２、２１４及び２１６に液体冷却剤を供給し、排出するための提供されている。
【００２７】
ここで、実時間処理コンピュータ１６４のコントローラ論理１６６を更に詳細に参照すると、包括的な燃料電池パワーシステム１００（図１参照）は、水素ガスの流れを制御するためブロックバルブ１７４を使用し、電流センサー１７０は、スタック２００により発電された電気を測定するフィードバックセンサーとして使用される。他のフィードバックループ及び制御判定（図示せず）と共に、電流センサー許容性のコンピュータ実施判定は、電流センサー１７０とバルブ１７４との間の制御判定プロセス実施制御の一部としてコントローラ論理１６６内で実行される。
【００２８】
ここで図３を参照すると、燃料電池スタックシステム１２２の一連の燃料電池スタック３００が、電気的に（電圧及び抵抗で）直列に接続された状態で示されている。コンダクター３１０の電流は、スタック内で電流を発電した個々の電池から発生される。コンダクター３１０の電流は、電流センサー１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４（図１ではセンサー１７０として表されている）により測定され、燃料電池スタック３０２、燃料電池スタック３０４、燃料電池スタック３０６及び燃料電池スタック３０８は、一つの電流センサーが各スタックに対して提供された状態で、図示のように電気的（電圧及び抵抗）に直列に実装されている。燃料電池の組３００は、ｎ個の燃料電池スタックの組における複数の燃料電池スタックとして、燃料電池スタック３０２、３０４、３０６及び３０８を使用する。スタック３０２、３０４、３０６及び３０８は、別々の異なるモジュールであってもよく、或いは、代替例として、スタック内で別々の異なるクラスターであってもよい。
【００２９】
燃料電池パワーシステム作動において電流測定を確認するため多数の電流センサーを使用することは、燃料電池スタックの構成に拘束されない。一実施例は、単一のスタンドアロン式燃料電池スタックから発生した電流を重複して測定するため多数組の電流センサーを使用する。別の実施例は、単一の燃料電池から発生した電流を重複して測定するため多数組の電流センサーを使用する。１組の燃料電池スタック３００は、一実施例では、スクールバス、旅行バス、又は、都市移動乗員バス等のバスのためのパワープラントのために提供されるが、これらのバスの例に限定されるものではない。別の実施例では、１組の燃料電池スタック３００は、自動車のためのパワープラントのために提供される。更に別の実施例では、１組の燃料電池スタック３００は、据付型発電用とのために提供される。
【００３０】
電流センサーの許容可能度のコンピュータ実施判定は、図４のアルゴリズム４００に従う電流センサー１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４の任意のセンサーからコンピュータ１６４内に入力された特定の信号に対してコントローラ論理１６６で実行される。図４のブロック４０２は、例えば電流センサー１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４等の電流センサーからの電流センサーデータの読み取りを表している。ブロック４０４は、比較作業工程を示しており、該工程の次には、判定ブロック４０６が続き、該ブロックでは、（ａ）信頼できない許容度の状態（ブロック４０８）であるか、又は、判定ブロック４１２の更なる判定へと続けさせるかのいずれかを指定する。判定ブロック４１２は、ブロック４１０における特定の電流センサー（電流センサー１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４の任意のセンサー）に関する信頼性のある指定か又はブロック４１４における停止判定への指定のいずれかへと導くため、１組としての全ての電流センサーの状態における他の考察事項を評価する。
【００３１】
図５は、１組の電流センサーに関する許容度状態の定義方法５００を示している。この点に関して、図５乃至図７は、コントローラ論理１６６及び図４に示されたアルゴリズムの一部として実時間処理コンピュータ１６４内で「実行可能なプログラム」の（シミュレートされた）ブロック流れ特徴を示している。
【００３２】
図５は、図３で各々１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４として示された４個の異なるセンサーのための一例としての論理の流れを示している。ｓｅｎｓｏｒ＿１、ｓｅｎｓｏｒ＿２、ｓｅｎｓｏｒ＿３、ｓｅｎｓｏｒ＿４は、センサー１７０．１、１７０．２、１７０．３、１７０．４からのデータ値を表しており、これらのデータ値は、多重論理５１０を介して符合論値ブロック５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ及び５０２ｄへと独立に取り組まれる。符合論値ブロック５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ及び５０２ｄは、ｓｅｎｓｏｒ＿１、ｓｅｎｓｏｒ＿２、ｓｅｎｓｏｒ＿３、ｓｅｎｓｏｒ＿４を独立に評価し、それにより、例えば、符合論理ブロック５０２ａは、電流センサーｓｅｎｓｏｒ＿１の測定値を、電流センサーの組における他の電流センサー（ｓｅｎｓｏｒ＿２、ｓｅｎｓｏｒ＿３、ｓｅｎｓｏｒ＿４）の各々の測定の個々の値と独立に比較する。類似の態様において、符合論理ブロック５０２ｂ、５０２ｃ及び５０２ｄは、ｓｅｎｓｏｒ＿２、ｓｅｎｓｏｒ＿３、ｓｅｎｓｏｒ＿４のデータ値を、他の電流センサーの個々のデータ値と各々独立に比較する。多重スタックが電気的に直列に実装されている幾つかの燃料電池システムでは、燃料電池システムからスタックを電気的に除去することが望ましいことが時折あり、従って、符合論理ブロック５０２の判定を実行する際に、不活性のスタックを指摘するための作動モード変数と、それらの対応する無効な電流センサーとが、作動モード可変ブロック５０８から読み取られる。図５内の例では、例えば、対応するｓｅｎｓｏｒ＿１を備えたｓｔａｃｋ＿１と、対応するｓｅｎｓｏｒ＿２を備えたｓｔａｃｋ＿２とは、「オンライン」（「１」の作動モード変数値）であり、対応するｓｅｎｓｏｒ＿３を備えたｓｔａｃｋ＿３と、対応するｓｅｎｓｏｒ＿４を備えたｓｔａｃｋ＿４とは「オフライン」（「０」の作動モード変数値）である。一つの電流センサーが各々の燃料電池スタック（図３参照）に対して設けられている場合には、作動モードインジケータは、与えられた燃料電池スタックの状態を指し示し、スタック３０２、３０４は「オンライン」であり、スタック３０６、３０８は「オフライン」である。作動モードが、スタック３０６、３０８がオフラインであることを示しているので、それらの対応する符合論理ブロック（５０２ｃ及び４０２ｄ）の出力は、それらのセンサーもオフラインであって符合論理ブロック５０８から排除されるべきであると判定する。許容度状態定義ブロック５０６は、これらの因子を考慮し、センサー１及び２が、「１」の対応する出力によって示されているように（ディスプレイブロック５１２毎に参照）、信頼可能であるか否かを判定する。
【００３３】
許容度状態定義ブロック５０６は、信頼に値する電流センサーの定義をもたらすため、符合論理ブロック５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ及び５０２ｄからの出力と、作動モード可変ブロック５０８からの出力とを受け取る。
【００３４】
ディスプレイブロック５０４及び５１２は、許容度状態定義方法５００内の特定の判定作業の状態を示している。これらの値は、比較論理とデータ連通するコントローラ論理１６６内に埋め込まれた診断論理の出力を再現する。この点に関して、ディスプレイブロック５０４及び５１２は、各々の電流センサーの許容度状態の診断連絡を実施する。好ましい実施例では、ディプレイブロック５１２は、比較及び診断判定プロセスに対する各々の電流センサーのための許容度状態が信頼不可能なセンサーであることを示してメッセージ発生手段を通して表示されるときの警告メッセージ等の視覚的なインジケータである。
【００３５】
図６及び図７は、コントローラ論理１６６内の比較論理及び該比較論理とデータ連通した状態で埋め込まれた診断論理におけるさらなる詳細構成を示している。
図６は、図５に示された符合論理ブロック５０２の詳細な構成６００を示している。多重論理５１０（図５）からの入力は、図５から再現される。ブロック５０６内へと入力するためブロック５０４（図５）において表示された出力は、６０６で示されている。作動モード（ブロック５０８）は、図６の前方へとデータ連結部６０４にもたらされる。図６は、閾値許容変数６０２も示し（一例としての値が１０である）、ブロック５０２の許容度状態が、２つの独立した電流センサー値の差を許容変数６０２（この場合には１０の固定値）と比較することによって定義される。「上限」の許容値は、相方の「下限」の許容値を形成するため、インバータ６０８において−１で乗算される。かくして、閾値範囲は、上限許容値と下限許容値によって画定される。当業者は、上限許容値及び下限許容値、よって閾値範囲が、特定の用途とそのような用途のためのシステムの作動条件に依存して変化することを認めるであろう。
【００３６】
図７は、図５に示されるように許容度状態定義ブロック５０６における詳細構成７００を示している。入力７０２、７０４、７０６、７０８及び７１０は、図５に示されるブロック５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ及び５０２ｄからブロック５０６への、トップからボトム式の入力である。各々個々のセンサーのためのデータがブロック５０６を通して処理されるので、信頼可能又は信頼不可能に関する判定が定義される。以下の表１は、ｓｅｎｓｏｒ＿１、ｓｅｎｓｏｒ＿２、ｓｅｎｓｏｒ＿３、ｓｅｎｓｏｒ＿４に関する多数の異なる値の組を与えており、図４乃至図７に表された実行可能論理を介して処理されたときの信頼可能又は信頼不可能の許容度状態の関連した表示を備えている。
【００３７】
【表１】
2007538369.tif 000003
【００３８】
表１のテストＮｏ．１、４及び５は、２つの悪いセンサーを示しているが、センサー故障に直面した燃料電池システムのロバストな作動を保護する停止シナリオを定義していない。しかし、表１のテストＮｏ．６は、システムの作動モードに基づいて、２つだけの悪いセンサーを備えた場合に、任意センサーにおける信頼性の欠如に対する停止判定の基礎を画定している。換言すれば、２組のセンサーは符合している。しかし、いずれの２つのセンサーが信頼を置けるかを判断するための十分な情報が存在していない。この点に関して、第１の画定された組としてパターン化された許容度状態値の幾つかのパターンは、許容可能な連続的な作動を示し、第２の画定された組としてパターン化された許容度状態値の他のパターンは、停止する必要性を示している。従って、説明された実施例は、有効に予め画定され収集された停止値の組が、比較可能に画定された組としてパターン化された許容可能な状態値の全てに等しいとき、停止を可能にする。
【００３９】
電流センサー１７０の各々に対して、信頼可能又は信頼不可能な許容度状態のいずれかを画定した後、信頼可能な許容度状態を有する全ての電流センサーからの特徴的な電流測定値が計算される。好ましい実施例では、特徴的な電流測定値は、信頼可能な許容度状態を有する全ての電流センサー１７０の平均値である。制御論理１６６は、特徴的な電流測定値に関して燃料電池の制御要素（例えば、バルブ１７４）の操作（調整）を有効にする。
【００４０】
本発明の説明は、その本質上単なる例示であり、よって、本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲内であるとみなされる。そのような変更は、本発明の精神及び発明にからの逸脱とはみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、燃料電池パワーシステムのブロック流れ図を与える。
【図２】図２は、燃料電池スタック部分を示す。
【図３】図３は、電気的に直列に配列された燃料電池スタックの組を示す。
【図４】図４は、特定のセンサーに対して電流センサーの許容度を決定するためのフローチャートを示す。
【図５】図５は、電流センサーの組の許容度の状態定義の詳細を示す。
【図６】図６は、図５の同意論理ブロックにおける詳細を示す。
【図７】図７は、図５の許容度の状態定義ブロックにおける詳細を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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