(57)【要約】  本方法は、電力を供給するための燃料電池システム（３．１、３．２）の作動に用いられる。この燃料電池システム（３．１、３．２）は、故障の場合に、故障を検知する制御電子回路（５）によって遮断される。この遮断を引き起こした故障は、制御電子回路（５）によって評価される。故障の評価の結果が許可する場合は、燃料電池システム（３．１、３．２）の自動再スタートが制御電子回路（５）によって行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給するための燃料電池システムの作動方法であり、故障の場合に、該故障を検知する制御電子回路によって前記燃料電池システムが遮断される方法であって、
前記遮断を引き起こした故障が、前記制御電子回路（５）によって評価され、該故障の前記評価が許可する場合は、前記燃料電池システム（３．１、３．２）の自動再スタートが前記制御電子回路（５）によって行われることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記故障の前記評価が、所定の故障カテゴリ内への分類を含み、前記各故障カテゴリに対して自動再スタートが許可されるかどうかが前記制御電子回路（５）の中に保存されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記故障の前記評価が、故障数の検知を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記故障の前記評価が、前記故障カテゴリごとの故障数の検知を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
特に１つの故障カテゴリにおいて、特定の所定の故障及び／又は故障数が発生した場合、前記燃料電池システム（３．１、３．２）の再スタートが、前記制御電子回路（５）によって防止されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記再スタートが防止された場合、メンテナンス警告メッセージが生成され、表示されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料電池システム（３．１、３．２）と並列に電気エネルギー貯蔵装置（４）が接続され、該電気エネルギー貯蔵装置が、前記燃料電池システム（３．１、３．２）の前記再スタートの間、及び／又は前記燃料電池システムが遮断されている場合、電力の供給を少なくとも部分的に行うことができることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料電池システム（３．１）と並列に、もう１つの燃料電池システム（３．２）が接続され、該燃料電池システムが、前記燃料電池システム（３．１）の前記再スタートの間、及び／又は前記燃料電池システムが遮断されている場合、電力の供給を少なくとも部分的に行うことができることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記もう１つの燃料電池システム（３．２）が、前記第１の燃料電池システム（３．１）と同様に作動することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
輸送手段（１）において、駆動のための電力を供給する少なくとも１つの燃料電池システム（３．１、３．２）を作動するために、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を使用する方法。
【請求項１１】
２つの並列な燃料電池システム（３．１、３．２）の前記作動方法が、商用車、特にバスに使用されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に詳しく定義されている種類の燃料電池システムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、一般的な従来技術から知られている。このシステムは、特に燃料電池によって、供給された反応物、例えば水素及び空気などから電力を生成するために用いられる。この燃料電池システムは、特に、いわゆるＰＥＭ燃料電池であり得る。このようなＰＥＭ燃料電池は、通常、個々の燃料電池からなるスタックとして形成されている。陽極領域と陰極領域とは、プロトン導電性膜（ＰＥＭ）によって分離されている。水素及び空気を供給するための装置と必要に応じてその他の周辺エレメントとが燃料電池システムに付け加えられたこの種のシステムは、車両を駆動できる電力を供給するのに特に適している。
【０００３】
さらに、一般的な従来技術から、この種の燃料電池システムが、電子コントロールユニット又は制御電子回路を備えていることが知られており、これが燃料電池システムの作動を制御し、正常かつ安全にシステムが作動しているかモニタリングする。一般的には、ハードウェア部分での故障がセンサによって検出されたこと、又は制御電子回路の制御プロセスでソフトウェアのエラーが生じたことのいずれかの原因により、燃料電池システムに故障が生じた場合は、この制御電子回路がシステムの緊急遮断を行うことができる。
【０００４】
一般的には、そのような燃料電池システムの緊急遮断は、制御電子回路のエラーメッセージで終了する。このエラーメッセージは、必要に応じて故障を取り除いた後で、システムが再スタート可能になる前に、通常は手動でメンテナンス作業員により検証されなければならない。特に、電力を供給する燃料電池システムを、例えば自動車、商用車、バスなどの輸送手段において使用する場合、このことはとりわけ不都合である。なぜなら、場合によっては、輸送手段の故障が燃料電池システムの緊急遮断に関連しているからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上述の欠点を回避し、故障が生じた場合も引き続きできる限り快適かつ安全な作動を可能にする、燃料電池システムの作動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づき、この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。本方法のその他の有利な実施形態及び特に適切な本方法の使用方法は、従属請求項に示されている。
【０００７】
本発明に基づき、燃料電池システムに故障が生じた場合、その故障が制御電子回路によって適切に評価され、どのような故障がシステムの遮断を引き起こしたかが特定される。その故障が重大でない、又は安全性に関係しないと認められた場合、燃料電池システムの自動再スタートが制御電子回路によって直接行われる。従って、重大ではない、安全性に関連しない故障が生じた場合は、燃料電池システムの直接の自動再スタートを行うことが可能である。それによって燃料電池システム故障期間が最小化され、燃料電池システムのユーザーは、例えばそのユーザーが輸送手段にこのシステムを利用している場合、燃料電池システムが再び使用可能になる前に、まずサービス工場を探して車両を牽引させたり、メンテナンス技術者を呼んだりする必要がない。システムの手動による点検、モニタリング及び再修理に関して、この種の労力は、燃料電池システムの緊急遮断を引き起こした故障が重大であるか、又は安全性に関連したものであり、緊急遮断が絶対に不可欠である場合にのみ必要となる。
【０００８】
本発明に基づく方法の特に適切かつ有利な実施形態では、故障の評価が、所定の故障カテゴリ内への分類を含むように設定されており、各故障カテゴリに対して自動再スタートが許可されるかどうかが制御電子回路の中に保存されている。通常、緊急遮断による燃料電池システムの遮断は、制御電子回路によってモニタリングされる特定の故障源によって引き起こされる。従って、どのセンサ、ソフトウェアエラーなどが故障を発生させたことによって燃料電池システムの緊急遮断が作動したのか、この制御電子回路には明らかである。次に、どのような場合もシステムを遮断しておかなければならないほど重大な故障はどれか、及び／又は燃料電池システムの再スタートが可能である故障はどれかを、マトリックスの中に保存することができる。様々な故障カテゴリへのこの分類に応じて、制御電子回路は、燃料電池の最終的なカットオフを開始するか、又は本発明に基づく方法を使用し、その故障が再スタートを許容するものである場合は、自動再スタートを行う。
【０００９】
これについての極めて有効かつ有利な実施形態では、故障の評価が故障数の検知をさらに含むように設定されている。とりわけ有効な発展形態によれば、説明した２つのバリエーションを組み合わせることも可能であり、それによって、故障カテゴリごとに故障数が検知される。従って、非常に明確なモニタリングが実現可能となり、繰り返して生じる故障が、故障の重度すなわちそれぞれの故障カテゴリに従って、必要に応じて１つの故障カテゴリの中で、所定の特定数に達した後は、その種のエラーメッセージの数によっても再スタートが最終的に阻止されるように決めることができる。
【００１０】
本発明に基づく方法の特に有効かつ有利な発展形態に基づき、燃料電池システムと並列に、エネルギー貯蔵装置又はもう１つの燃料電池システムのいずれかを接続するように設けることができる。この場合、燃料電池システムと電気エネルギー貯蔵装置からなる構造は、通常、出力の小さい乗用車に有利であり、一方、並列の２つの燃料電池システムからなる構造は、必要に応じて同様に電気エネルギー貯蔵装置も用いて、商用車及びバスの分野での利用が期待される。両方の場合において、第１の燃料電池システムが故障により停止し、このシステムで自動再スタートが行われる一方で、電気エネルギー貯蔵装置及び／又はもう１つの燃料電池システムが少なくとも電力の一部を供給することも可能である。該当する輸送手段の利用者にとっては、燃料電池の故障が短時間であり、再スタートによって非常に素早く解消できることが多いため、燃料電池の故障に利用者が気づかないような、非常に快適な燃料電池の作動方法を実現することができる。これによって、そのような燃料電池システムを装備する輸送手段の極めて快適な作動を実現することができる。
【００１１】
輸送手段は本発明に基づく方法の好ましい適用の仕方ではあるが、本方法は基本的に輸送手段にのみ使用可能なのではなく、静的システムにも使用可能であり、その場合もメンテナンスインターバルの延長が可能であり、また、重大な故障が少ないという理由から、緊急遮断での予定外のメンテナンスを回避することができる。
【００１２】
本発明の有利なその他の実施形態は、残りの従属請求項に示されており、以下に図を用いて詳しく説明される実施例によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】バスを輸送手段の例とした、本発明の原理図である。
【図２】本発明に基づく方法のプロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、バス１が輸送手段の例として示されている。このバスは電気駆動エンジン２を備え、この電気駆動モータは、バス１を駆動するための電力を、並列に接続されている２つの燃料電池システム３．１と３．２から供給される。２つの並列な燃料電池システム３．１、３．２は、その他に、これらの燃料電池システムに並列に接続されているエネルギー貯蔵装置４を備えている。この電気エネルギー貯蔵装置４は、例えば、バッテリ及び／又は高出力コンデンサの形で形成することができる。エネルギー貯蔵装置は、燃料電池システム３．１、３．２で発生する電気エネルギーがバス１の駆動に必要ない場合は、この電気エネルギーを一時的に貯蔵する。さらに、バス１のブレーキ時には、周知の方法で電気駆動モータ２がジェネレータとして作動可能であり、そのドラッグトルクによってブレーキ作用を実現する。その際に発生する電力は、同様に電気エネルギー貯蔵装置４に保存することができる。このプロセスは、一般的に回生と呼ばれる。
【００１５】
双方の燃料電池システム３．１、３．２には、ここには図示されていない供給装置によって水素と空気が供給されている。この場合の例では、水素はバス１において、同様にここには図示されていない高圧リザーバに運ばれるか、又は必要に応じて炭化水素含有の基本材料からバス１の車内で、例えば高温蒸気改質などによって水素を生成することもできる。どの反応物を使って燃料電池システム３．１、３．２が駆動されるかとは無関係に、これらの燃料電池は、それらのプロセスが少なくとも１つの制御電子回路５によって制御又は調整される。また、一般的には、この場合、制御電子回路５は、ここには図示されていない車両電子回路に対応しており、この車両電子回路は、両方の燃料電池システム３．１、３．２と電気エネルギー貯蔵装置４とから駆動エンジン２へ送られるエネルギー配分を、例えばアクセルペダル及びブレーキペダルから生じる、バス１の運転者の要求に従って行う。
【００１６】
燃料電池システム３．１、３．２のような複雑なシステムでは、しばしば故障が生じる可能性がある。燃料電池システム３．１、３．２には、ここでは特に水素である反応物と比較的よく反応する材料があるため、燃料電池システム３．１、３．２では、通常、制御電子回路５が燃料電池システム３．１、３．２をモニタリングし、故障の場合にはこれらを遮断するように設定されている。従来のシステムの場合、そのような緊急遮断は、常に、該当する燃料電池システム３．１、３．２の完全な故障を引き起こし、メンテナンス作業員によって比較的大きな労力を伴って修理しなければならなかった。しかし、発生する故障の多くは、該当する燃料電池システム３．１又は３．２の緊急遮断を実際に必要とするような重大な故障ではないことが明らかになっている。従って、バス１において、燃料電池システム３．１、３．２の本発明に基づく作動方法が使用される場合、この方法によって、より高い快適性が実現でき、燃料電池システム３．１、３．２での不必要なメンテナンス作業がほぼ最小化される。
【００１７】
図２には、燃料電池システム３．１、３．２の作動方法のプロセスフローが示されている。この場合、このプロセスは、通常、制御電子回路５内のソフトウェアプログラムの形で保存されているが、当然ながら、これは各燃料電池システム３．１、３．２の作動システム全体のほんの一部であるにすぎない。本方法は、スタートＡから開始して、車両１のターミナル（ＫＬ）１５に信号が加わっているかどうかの照会から始まる。車両での電気接続ターミナルの一般的な番号付けでは、このことはイグニッションがオンであること、すなわち、例えばイグニッションキーが車両作動のための該当するポジションにあることを意味している。このことは、イグニッションキーの代わりに、ボタンなどによっても実施することができるため、第１の選択ボックスでは、該当する信号がターミナル１５に加わっており、それによってバス１が作動しているかどうかが照会される。
【００１８】
信号がターミナル１５に加わっていない場合、バス１は作動停止しているか、又は例えばイグニッションキーが逆に回されたことによって、ちょうど作動状態から停止状態に切り替わったかのどちらかである。この場合には、それぞれの燃料電池システム３．１、３．２が停止され、リセット値がゼロにされる。次に、イグニッションが再びスイッチオンされ、ターミナル１５に信号が加えられるのを待つために、スタートＡに戻される。これに対して、第１の選択ボックスにおいて信号がターミナル１５に加わっている場合、ターミナル５０の信号を照会する第２の選択ボックスが続く。このターミナル５０は、通常、バス１のスタータに加わっている信号であり、すなわち、燃料電池システム３．１、３．２がスタートすることを意味している。このことにより、燃料電池システム３．１、３．２のスタートプロセスがスタートし、同様にリセット値がゼロに戻る。次のボックスによって示されるように燃料電池システム３．１、３．２が作動している間は、ハードウェア又はソフトウェアのいずれかによって緊急遮断が作動したかどうかが定期的に照会される。そのような緊急遮断がない場合は、スタート地点Ａに戻り、燃料電池システム３．１、３．２は引き続き作動する。そのような緊急遮断が検知された場合、次の工程において、該当する燃料電池システム３．１又は３．２の停止が行われる。
【００１９】
次の工程では、発生した故障が評価され、通常、特定の故障カテゴリに割り当てられる。この場合、制御電子回路５には、それぞれ該当する、遮断の行われた故障カテゴリに対して、それに対応する取扱指示が保存されている。燃料電池システム３．１又は３．２では、燃料電池システム３．１又は３．２の安全な作動がもはや不可能なほど重大であり、燃料電池システム３．１又は３．２の緊急遮断を直ちに要求するような故障が生じる可能性がある。しかし、重大性が小さいためシステムの継続作動が十分可能であるようなカテゴリに故障が割り当てられることも非常に多く発生する。制御電子回路５には、それぞれの個々の故障カテゴリに対してその種の取扱指示が保存されている。次の選択ボックスでは、これに対応して、故障カテゴリ又は取扱指示が、リセット値のチェックと一緒に照会される。取扱指示が再スタート可能を指示し、リセット値がゼロの場合、すなわちこれまでに再スタートが実施されなかった場合は、ターミナル５０での信号の遮断により、システムストップが生じている可能性がある。その後、リセット値が１にセットされる。次に、スタータのための信号がターミナル５０に加わっておらず、リセット値が１である場合、このことが次の照会ボックスにおいて照会され、ターミナル５０に信号が加えられることにより、緊急遮断が行われた燃料電池３．１又は３．２の再スタートを実現することができる。これらの条件が存在しない場合、常にスタートＡに戻される。再スタートが可能であるかどうか、リセット値がゼロであるかどうかの照会と並行して、その他に、例えばバス１のイグニッションキーを操作することによる手動再スタートを行うことも考えられる。
【００２０】
ターミナル１５に加わっている信号は、基本的にバス１のイグニッションがオンであることを示しているが、この作動の間は一貫して加えられたままであり、それはこのプロセスが自動的に行われ、バス１の運転者の介入を必要としないからである。
【００２１】
さらに、発生した故障の数を故障カテゴリ全体で数えるのか、又は故障カテゴリごとに数えるのか、いずれかが考えられる。メンテナンス作業員によるメンテナンスが必要となる燃料電池３．１又は３．２の最終的な遮断が生じない限り、追加の照会ループによって、例えば該当する燃料電池システム３．１又は３．２の自動再スタートが、１つ及び同一の故障により、例えば３回だけ連続して行われるように実施することもできる。
【００２２】
２つの燃料電池システム３．１及び３．２と、必要に応じて電気エネルギー貯蔵装置４と、を備えるバス１の冒頭に述べた構造では、そのようなプロセスが燃料電池システム３．１又は３．２のいずれかにおいて行われる可能性があり、一方で、電力又は電力の大部分はもう一方の燃料電池システム３．２若しくは３．１及び／又は電気エネルギー貯蔵装置４から供給される。車両の場合、いずれにしても作動中の大部分における出力要求は部分負荷領域において行われるため、故障によって遮断された燃料電池システム３．１又は３．２の自動再スタートは、一般的に、バス１の運転者がそのことに気づくことなく可能であり、バス１の運転者に非常に快適かつ望ましい、燃料電池システム３．１及び３．２の作動を実現することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１      バス
２      電気駆動エンジン
３．１  燃料電池システム
３．２  燃料電池システム
４      エネルギー貯蔵装置
５      制御電子回路
１５    ターミナル
５０    ターミナル
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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