(57)【要約】【解決手段】本発明の幾つかの実施形態は、燃料電池試験システム内で用いられる安全システムに警報リカバリシーケンスを呼び出すことを組み込んだシステム及び方法を提供する。本発明の別の実施形態では、対応する警報閾値を超えたことが検出された際に、（燃料電池試験）トライアルを中断して、警報リカバリシーケンスを開始することができる、燃料電池試験システム内で用いられる安全システム及び方法が提供される。次に、この安全システム及び方法は、特定の警報閾値を超えたプロセスパラメータ及び動作パラメータが安全な動作範囲内に戻されたという点で警報リカバリシーケンスが良好であったと判定された場合には、トライアルを再開することができる。
2006523918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池試験トライアル中に少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを監視し、該少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータが少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを評価する安全システムと、
前記少なくとも１つの警報閾値を超えた場合に、前記安全システムに前記燃料電池試験トライアルを中断させ、それに続き、超えられた警報閾値に対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有するコンピュータ使用可能媒体と、
前記少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを判定するために、測定された前記プロセスパラメータ及び動作パラメータを記録及び評価するための命令と、
を含む、燃料電池試験システム。
【請求項２】
前記システムが複数のセンサを更に含み、前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
前記少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを測定するために前記センサをポーリングするための命令と、
前記警報閾値のいずれか１つを超えたか否かを評価するための命令と、
を含む、請求項１記載の燃料電池試験システム。
【請求項３】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
前記警報閾値のいずれか１つを超えた場合に前記燃料電池試験トライアルを中断するための命令と、
超えられた前記警報閾値に対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項２記載の燃料電池試験システム。
【請求項４】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
超えられた前記警報閾値に対応する、個々の優先度を有する警報フラグを生成するための命令
を更に含む、請求項２記載の燃料電池試験システム。
【請求項５】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
超えられた各前記警報閾値に対する、個々の優先度を有する警報フラグを生成するための命令
を更に含む、請求項２記載の燃料電池試験システム。
【請求項６】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
個々の優先度を有する少なくとも１つの警報フラグが生成された後に前記燃料電池試験トライアルを中断するための命令と、
前記警報フラグに対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項２記載の燃料電池試験システム。
【請求項７】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
実行中の警報リカバリシーケンスに対応する前記警報フラグより高い優先度を有する少なくとも１つの別の警報フラグが生成された場合には、前記燃料電池試験トライアル及び前記実行中の警報リカバリシーケンスの一方を中断するための命令と、
前記少なくとも１つの別の警報フラグに対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項６記載の燃料電池試験システム。
【請求項８】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
超えられた各前記警報閾値に対する、個々の優先度を有する警報割り込みを生成するための命令
を更に含む、請求項２記載の燃料電池試験システム。
【請求項９】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
個々の優先度を有する少なくとも１つの警報割り込みが生成された後に、前記燃料電池試験トライアルを中断するための命令と、
前記警報割り込みに対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項８記載の燃料電池試験システム。
【請求項１０】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
実行中の警報リカバリシーケンスに対応する前記警報割り込みよりも高い優先度を有する少なくとも１つの別の警報割り込みが生成された場合に、前記燃料電池試験トライアル及び前記実行中の警報リカバリシーケンスの一方を中断するための命令と、
前記少なくとも１つの別の警報割り込みに対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項９記載の燃料電池試験システム。
【請求項１１】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
実行中の警報リカバリシーケンスが効果的であったか否かを判定するための命令と、
前記警報リカバリシーケンスが効果的でなかったと判定された場合に、前記安全システムに前記燃料電池試験トライアルの緊急停止を開始させるよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有する前記コンピュータ使用可能媒体と、
或いは、前記警報リカバリシーケンスが効果的であったと判定された場合に、前記安全システムに前記中断された燃料電池試験トライアルを再開させるよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有する前記コンピュータ使用可能媒体と、
を更に含む、請求項１記載の燃料電池試験システム。
【請求項１２】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
より高い優先度を有する警報閾値を超えた場合に、実行中の警報リカバリシーケンスに割り込んで中断できるようにするための命令と、
超えられた前記より高い優先度を有する警報閾値に対応する別の警報リカバリシーケンスを開始するための命令と、
を更に含む、請求項１記載の燃料電池試験システム。
【請求項１３】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
実行中の警報リカバリシーケンスが効果的であったか否かを判定するための命令と、
前記警報リカバリシーケンスが効果的でなかったと判定された場合に、前記安全システムに前記燃料電池試験トライアルの緊急停止を開始させるよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有する前記コンピュータ使用可能媒体と、
或いは、前記警報リカバリシーケンスが効果的であったと判定された場合に、前記安全システムに前記中断された燃料電池試験トライアル及び前記中断された警報リカバリシーケンスの一方を再開させるよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有する前記コンピュータ使用可能媒体と、
を更に含む、請求項１２記載の燃料電池試験システム。
【請求項１４】
前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
特定の警報リカバリシーケンスを構成するシーケンスステップを実行するための命令
を更に含む、請求項１記載の燃料電池試験システム。
【請求項１５】
前記システムが複数の調整装置を更に含み、前記コンピュータ読み取り可能コード手段が、
前記調整装置の制御を前記警報リカバリシーケンスに移すための命令
を更に含む、請求項１記載の燃料電池試験システム。
【請求項１６】
試験されている燃料電池の少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを測定することと、
前記少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータが少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを判定するために、前記少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを評価することと、
前記少なくとも１つの警報閾値を超えた場合には、前記燃料電池試験トライアルを中断することと、
警報リカバリシーケンスを開始することと、
を含む、燃料電池試験トライアルを制御する方法。
【請求項１７】
前記警報リカバリシーケンスが効果的であったか否かを判定することと、
前記警報リカバリシーケンスが効果的でなかった場合に、前記燃料電池試験トライアルを終止することと、
或いは、前記警報リカバリシーケンスが効果的であった場合に、前記中断された燃料電池試験トライアルを再開することと、
を更に含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
超えられた各前記警報閾値に対する個々の優先度を有する警報フラグを生成することを更に含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記警報フラグを優先度順に処理することを更に含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
超えられた各前記警報閾値に対する個々の優先度を有する警報割り込みを生成することを更に含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記警報割り込みを優先度順に処理することを更に含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
より高い優先度を有する別の警報閾値を超えた場合に、実行中の警報リカバリシーケンスを中断することと、
超えられた前記別の警報閾値に対応する別の警報リカバリシーケンスを開始することと、
を更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記別の警報リカバリシーケンスが効果的であったか否かを判定することと、
前記別の警報リカバリシーケンスが効果的でなかった場合に、前記燃料電池試験トライアルを終止することと、
或いは、前記別の警報リカバリシーケンスが効果的であった場合に、前記中断された燃料電池試験トライアル及び前記中断された警報リカバリシーケンスの一方を再開することと、
を更に含む、請求項２２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本願は、米国特許出願第１０／２４４，６０９号（２００２年９月１７日出願）の一部継続出願であり、その全内容を参照することにより本願明細書に組み込む。更に、米国特許仮出願第６０／４６３，３１３号（２００３年４月１７日出願）による優先権を主張し、その全内容を参照することにより本願明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、燃料電池試験システムに関し、特に、燃料電池試験システムのための警報リカバリシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池は、燃料の化学的エネルギーを電気に変換する。幾つかのタイプの燃料電池では、１つの生成物として電気を生じる１組の相補的な化学反応における基本的な燃料として、水素及び酸化体を用いる。理論的には、このような反応の生成物は、電気、熱及び水のみである。現実には、多くの実際上の要因が反応効率に影響を与え、その結果、他の望ましくない副生成物も生じる。
【０００４】
燃料電池の開発には、燃料電池の想定された動作中に生じる全ての反応生成物を予想可能に調整できることを確実にするために、厳密な試験が必要である。この目的で、幾つかの試験システムが開発されている。先に参照して組み込んだ米国特許出願第１０／２４４，６０９号は、例示的な試験システムを提供している。この試験システムを用いて、想定される使用及び誤用を反映するために燃料電池のプロセスパラメータ及び動作パラメータを意図的に変えてトライアルを行うことができる。
【０００５】
試験システムの安全制御に組み込まれた警報閾値を超えると、長期トライアルが途中で停止される場合がある。トライアル中に警報閾値の１つを超えた場合に、たとえ、あるシナリオにおいては是正措置によって警報条件が覆され得るとしても、試験システムに含まれる安全制御機構がトライアルを終止させるよう働く場合がある。このような停止は、燃料電池の設計及び／又はそれと協働するよう並行設計されている他のシステムの開発の進展を深刻に遅らせかねない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態の態様によれば、燃料電池試験トライアル中に少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを監視し、該少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータが少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを評価する安全システムと、前記少なくとも１つの警報閾値を超えた場合に、前記安全システムに前記燃料電池試験トライアルを中断させ、それに続き、超えられた警報閾値に対する対応する警報リカバリシーケンスを開始するよう具体化されたコンピュータ読み取り可能コード手段を有するコンピュータ使用可能媒体と、前記少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを判定するために、測定された前記プロセスパラメータ及び動作パラメータを記録及び評価するための命令と、を含む、燃料電池試験システムが提供される。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、試験されている燃料電池の少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを測定することと、前記少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータが少なくとも１つの警報閾値を超えたか否かを判定するために、前記少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを評価することと、前記少なくとも１つの警報閾値を超えた場合には、前記燃料電池試験トライアルを中断することと、警報リカバリシーケンスを開始することと、を含む、燃料電池試験トライアルを制御する方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様及び特徴は、以下の本発明の特定の実施形態の説明を検討すれば、当業者には自明であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１０】
幾つかのケースでは、トライアル中の燃料電池試験システムを停止させる必要はなく、特定の警報閾値を超えたプロセスパラメータ及び動作パラメータを安全な動作範囲内に戻すための是正措置が可能な場合がある。トライアルは、安定状態で動作させる燃料電池試験条件、又は、プログラムされた動作条件セットを通して燃料電池を動作させる自動試験手順であり得る。本発明の幾つかの実施形態では、警報閾値を超えた場合に割り込んでトライアルを中断させ、試験されている燃料電池及び／又は燃料電池試験システムを安全な動作範囲内に戻すために、対応する警報リカバリシーケンスを開始できる、変形例の安全システムが提供される。幾つかの実施形態では、変形例の安全システムが、警報リカバリシーケンスが効果的ではなかったと判定した場合には、試験システムの緊急停止が開始される。他の実施形態では、試験システムの緊急停止を開始する前に、更に別の警報リカバリシーケンスが開始されてもよい。一方、幾つかの実施形態では、警報リカバリシーケンスが効果的であったと見なされた場合には、中断されたトライアルが再開される。幾つかの実施形態では、本発明は、燃料電池スタックの試験と同様に、燃料電池モジュール及び燃料電池システムの試験にも等しく適用可能である。
【００１１】
燃料電池は、直列に接続されて燃料電池スタックを構成するのが一般的である。燃料電池スタックは、単一の燃料電池よりも大きな電位を提供する。燃料電池スタックは１つのユニットとして効果的に動作するので、構成要素である燃料電池が必要とするサポートシステム及び計器装備の協調的な設計が可能である。燃料電池スタックは、配管、センサ類、（例えば、温度、圧力、相対湿度、燃料及び冷却剤の流量等の）調整器類、及び、燃料電池スタックの動作をサポートするために用いられる他の計器装備への接続を含むよう設計された単一のハウジングに収容されるのが一般的である。燃料電池スタック、ハウジング、並びに、関連のハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの組み合わせによって、燃料電池モジュールが構成される。
【００１２】
図１を参照すると、燃料電池モジュールの試験に関する幾つかの一般的な考慮事項を説明するために本願明細書で説明される、燃料電池モジュール１００の簡単な模式図が示されている。なお、本発明は、サポートシステム類、計器装備、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び構造的要素の適切な組み合わせをそれぞれ含む様々な構成の燃料電池モジュールの試験に適用可能であることを理解されたい。
【００１３】
周知のように、様々な異なる燃料電池技術が存在し、一般的に、本発明は、アルカリ型燃料電池、直接メタノール型燃料電池、熔融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、及び固体酸化物型燃料電池を含む任意のタイプの燃料電池に適用可能であることが期待される。しかし、本発明は、ＰＥＭ（陽子交換膜）型燃料電池と共に用いられるように開発されたものであり、水素を燃料とするＰＥＭ型燃料電池スタックに関して説明される。
【００１４】
燃料電池モジュール１００は、陽極２１及び陰極４１を有する。陽極２１は、ガス入力ポート２２及びガス出力ポート２４を有する。同様に、陰極４１は、ガス入力ポート４２及びガス出力ポート４４を有する。燃料電池１００は、水入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート３１も含み、このＩ／Ｏポート３１を介して、燃料電池モジュール１００に水が供給、及び／又は、燃料電池モジュール１００から水が除去され、この水は、流入するガス流に対する加湿器（図示せず）に供給されるのが一般的である。燃料電池モジュール１００は、陽極２１に隣接した第１の触媒２３と、陰極４１に隣接した第２の触媒４３と、陽極２１と陰極４１との間の電解質３０とも含む。図１には、陽極２１と陰極４１との間に接続された負荷１５も示されている。
【００１５】
上述したように、燃料電池は、用いられる燃料に蓄えられた化学的エネルギーから電気を発生させる電気化学的装置である。図１に示す燃料電池モジュール１００を再び参照すると、或る所定条件下で、ガス入力ポート２２を介して陽極２１に水素が導入される。所定条件の例には、流量、温度、圧力、相対湿度、及び水素と他のガスとの混合物等といったファクターが含まれる。水素は、電解質３０及び第１の触媒２３の存在下で、以下に示す式（１）に従って電気化学的に反応する。
（１）  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
式（１）の生成物は水素イオン及び電子である。水素イオンは電解質３０を通過して陰極４１に至り、一方、電子は負荷１５を通る。未反応の水素及び他のガスは、ガス出力ポート２４を通って排出される。
【００１６】
（上述の陽極２１における反応と）同時に、或る所定条件下で、空気等の酸化体が、ガス入力ポート４２を介して陰極４１に導入される。ここでも、所定条件の例には、流量、温度、圧力、相対湿度、及び酸化体と他のガスとの混合物等といったファクターが含まれる。酸化体は、電解質３０及び第２の触媒４３の存在下で、以下に示す式（２）に従って電気化学的に反応する。
（２）  １／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
式（２）から、陽極２１において式（１）で生じた電子及びイオン化水素原子が、陰極４１における反応で消費されることがわかる。未反応の酸化体を含む過剰なガス及び生成した水は、ガス出力ポート４４を通って陰極４１から排出される。
【００１７】
一般的には、上述したように、陽極及び陰極には、水素及び酸化体とそれぞれ混合される他のガスも導入されてよい。これらの他のガスは、上述の電気化学反応を調整して、不純物によって生じ得る任意の副反応及び燃料電池モジュール内の非効率性を抑制するのに有用である。また、他のガスを加えることにより、反応物質の純度が理想的ではない条件下における燃料電池の試験も可能であろう。陽極に導入される他のガスの例には、蒸気、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素及び空気が含まれ得るが、これらに限定されない。同様に、陰極に導入される他のガスの例には、蒸気、窒素、空気、及びヘリウム酸素混合ガスが含まれ得るが、これらに限定されない。
【００１８】
燃料電池モジュールのプロセスパラメータ及び動作パラメータ（例えば、温度、内圧、電気出力等）は、厳密に監視されて調整される。特に対象となる動作パラメータには、燃料電池スタック内の各燃料電池の電圧（一般的に電池電圧と称される）と、各燃料電池の内部抵抗とが含まれる。更に、これらのプロセスガスは、それぞれの流量で燃料電池モジュールに送られなければならず、それぞれが対応する温度、圧力及び相対湿度を有する。反応生成物は、燃料電池モジュールから除去されなければならない。これらの全てのパラメータを監視して調整することにより、特定の負荷が必要とする所与の出力要求に対する燃料電池モジュールの好ましい性能が確実になる。従って、異なる負荷条件に対するプロセスパラメータ及び動作パラメータの好ましい設定を確認できるように、異なる条件下における燃料電池モジュールの性能を評価するために、燃料電池モジュールの試験中に上述の複数のプロセスパラメータ及び動作パラメータを変更し、出力が監視される。
【００１９】
米国特許出願第１０／２４４，６０９号に開示されている燃料電池試験システムの一実施形態は、燃料電池試験トライアルの制御を自動化するために、ユーザが定義したアプリケーションプログラム（即ち、ユーザアプリケーション又はアプリケーションプログラム）の使用を可能にするという長所がある。幾つかの実施形態では、この試験システムには、安全システムを同時に実行しつつ、ユーザアプリケーション内の試験命令又は試験ベクトルを実行するマイクロコントローラ（又はマイクロコンピュータ）が組み込まれる。安全システムの役割は、プロセスパラメータ及び動作パラメータを監視し、トライアル中に予めプログラムされた複数の警報閾値の１つを超えた場合に、試験システムの緊急停止を開始することである。例えば、構成要素である燃料電池の陽極及び／又は陰極への燃料の過剰供給によって生じる反応速度の増加により、燃料電池モジュールの動作温度が高くなり過ぎた場合には、緊急停止が生じ得る。
【００２０】
トライアル中に警報閾値を超えることは一般的に予想可能ではなく、この試験プロセスの１つの目的は、未知の設計不具合が是正され得るように不具合を発見することである。これらのファクター及びこの分野における急速な進歩の観点から、新たな燃料電池モジュール設計の試験には、燃料電池モジュール及び／又は試験システムがトライアル中に損傷しないように、一般的に、保守的なアプローチが必要であった。その結果、新たな燃料電池モジュール設計の試験は、最適化されていない監視及び調整コンピュータ制御を用いて行われなければならなかった。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態は、燃料電池試験システム内で用いられる安全システムに警報リカバリシーケンスを呼び出すことを組み込んだシステム及び方法を提供する。本発明の他の実施形態では、燃料電池試験システム内で用いられる安全システム及び方法が提供され、この安全システム及び方法は、対応する警報閾値を超えたことが検出されると、（燃料電池試験）トライアルを中断して警報リカバリシーケンスを開始できる。特定の警報閾値を超えたプロセスパラメータ及び動作パラメータが安全な動作範囲内に戻されたという点において警報リカバリシーケンスが効果的であったと判定された場合には、この安全システム及び方法はトライアルを再開できる。本発明の様々な実施形態は、米国特許出願第１０／２４４，６０９号に開示されている試験システムの様々な実施形態に有益に統合され得る。
【００２２】
次に図２を参照すると、燃料電池モジュール１００（図１に示す）に接続された、簡略化した燃料電池試験システム２００の模式図が示されている。図２に示す試験システム２００は、実用的な燃料電池試験システムに見出される幾つかの基本的な特徴を含む。実用的な試験システムには、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの適切な組み合わせに加えて、センサ類、（例えば、温度、圧力、湿度及び流量制御用の）調整器類、制御ライン、及びサポート装置／計器装備の適切な組み合わせも含まれることが、当業者には認識されよう。更に、簡略化した試験システム２００に関する本願明細書の記載には、このセクションに続く特許請求の範囲を限定する意図はないことも理解されたい。この試験システムはＰＥＭ型燃料電池用に構成されており、他のタイプの燃料電池で用いるには、センサ類や調整器類等を変更する必要があろう。
【００２３】
試験システム２００は、燃料電池試験を管理するために熟練したオペレータが用いる試験コントローラ３００を含む。幾つかの実施形態では、試験コントローラ３００は、少なくとも１つのマイクロコンピュータを有する単一のサーバ又はコンピュータで構成され、他の実施形態では、試験コントローラ３００は、燃料電池試験に関連するタスクを、組み合わされた複数のマイクロコンピュータの間で分配するよう適切に構成された、複数のマイクロコンピュータの組み合わせで構成される。
【００２４】
幾つかの実施形態では、試験コントローラ３００は、コンピュータ読み取り可能コード手段を有するコンピュータ使用可能媒体と、変形例の安全システム３７０と、少なくとも１つのアプリケーションプログラム３８０とで構成される。本発明のこの実施形態では、試験コントローラ３００は、変形例の安全システム３７０及び少なくとも１つのアプリケーションプログラム３８０に対する命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段を格納するメモリ装置（図示せず）を含む。本発明の一実施形態によれば、この変形例の安全システム３７０は、対応する警報閾値を超えた場合に警報リカバリシーケンスを呼び出すことができる。少なくとも１つのアプリケーションプログラム３８０は、試験される燃料電池モジュールのプロセスパラメータ及び動作パラメータを変更するための、ユーザが設計した試験ベクトルを含む。幾つかの実施形態では、アプリケーションプログラムは、トライアルを定める試験ベクトルのシーケンスを実行するためのデータ及び命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段で構成される。
【００２５】
試験システム２００は、必要なガスの供給及び燃料電池モジュール１００からの排出ガスや未使用ガスの排気に用いられる、燃料電池モジュール１００のポートへの複数の物理的な接続も含む。この物理的な接続は、ガス供給ポート２２２及び２４２、ガス排出ポート２２４及び２４４、並びに水供給交換ポート２３１を含む。ガス供給ポート２２２及び２４２は、燃料電池モジュール１００のガス入力ポート２２及び４２にそれぞれ接続される。ガス排出ポート２２４及び２４４は、燃料電池モジュール１００のガス出力ポート２４及び４４にそれぞれ接続される。水供給交換ポート２３１は、燃料電池モジュール１００の水Ｉ／Ｏポート３１に接続される。
【００２６】
更に、試験システム２００と燃料電池モジュール１００との間には複数のセンサ接続が存在する。センサ接続は、燃料電池モジュール１００が生じる反応生成物及び電気出力、並びに他のプロセスパラメータ及び動作パラメータの監視に、有利に用いられる。この実施形態では、試験システム２００は、（燃料電池モジュール１００の）ポート２２２、２２４、２３１、２４４及び２４２にそれぞれ接続されたセンサ３１１、３１３、３１５、３１７及び３１９を含む。センサ３１１、３１３、３１５、３１７及び３１９は、例えば、入力及び出力ガスやポート２２２、２２４、２３１、２４４及び２４２の任意のものを流れる流体の温度、圧力、組成及び相対湿度の１つ以上を監視するために用いられてよい。
【００２７】
試験コントローラ３００は、ポート２２２、２２４、２３１、２４４及び２４２にそれぞれ関連付けられたプロセスパラメータ及び動作パラメータの調整に用いられる調整器３１０、３１２、３１４、３１６及び３１８にも電気的に接続される。
【００２８】
更に、試験システム２００に関しては、図１に示す負荷１５が、負荷ボックス２１５と置き換えられている。負荷ボックス２１５によって引き込まれる電圧及び電流は、試験中に燃料電池モジュール１００に異なる負荷条件が課されるように制御可能である。
【００２９】
動作として、試験コントローラ３００は、少なくとも１つのアプリケーションプログラム３８０内で提供される試験ベクトルを実行する。これは、少なくとも１つのアプリケーションプログラム３８０から試験ベクトルを抽出し、次に、提供された試験ベクトルに従って、負荷ボックス２１５によって提供される負荷条件及び／又は他のプロセスパラメータ及び動作パラメータを変更することによって行われる。後者は、試験コントローラ３００に、調整器３１０、３１２、３１４、３１６及び３１８への制御信号を送らせることによって達成される。次に、試験コントローラ３００は、センサ３１１、３１３、３１５、３１７及び３１９から、反応生成物、電気出力及び／又は他のプロセスパラメータ及び動作パラメータに関する測定値を受け取る。この測定値を記録して評価することができる。
【００３０】
試験プロセス（即ち、トライアル）中に、警報閾値を超える場合がある。それに続き、試験システム２００等の試験システムに含まれる安全システムによって、試験プロセスが完了前に不必要に停止される場合がある。しかし、上述したように、本発明の実施形態は、トライアル中に警報閾値を超えた場合に自動的に用いられ得る警報リカバリシステム及び方法を提供する。
【００３１】
次に図３を参照すると、本発明の一実施形態による第１の変形例の安全システム（以下、単に安全システムと称する）で提供される全体的なステップを示すフローチャートが示されている。安全システムは、トライアル中に、複数の警報閾値のいずれかを超えたか否かを監視するよう動作し、警報閾値を超えた場合には、安全システムは以下に説明するように応答する。警報閾値は、特定のトライアル中の燃料電池及び燃料電池試験システムの安全な動作範囲を少なくとも部分的に定める。警報閾値を超えると、１つ以上のプロセスパラメータ及び動作パラメータが測定され、これらの測定値は安全システムによって適切に考慮される。
【００３２】
ステップ３−１で開始し、この変形例の安全システムは、燃料電池モジュールに対するトライアルを行うために燃料電池試験システムが起動される際に初期化される。このような時点で、試験システムに関連付けられたセンサ及び調整器が較正及びチェックされ、燃料電池モジュール自体が試験システムに接続される。燃料電池モジュールに関連付けられたプロセスパラメータ及び動作パラメータを変更するための命令を有する少なくとも１つのアプリケーションプログラム（即ち、ユーザが定義したアプリケーション）を実行することで、トライアルが開始する。トライアルの過程において、安全システムは連続的又は断続的に実行される。幾つかの実施形態では、図３を参照して説明される安全システムは、個々の超えられた警報閾値に対して監視、評価、割り込み及び警報リカバリシーケンスの呼び出しを行うための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段を含む。
【００３３】
ステップ３−３で、安全システムは、燃料電池モジュールに接続されたセンサをポーリングすることにより、プロセスパラメータ及び動作パラメータを測定する。センサによって測定され得るパラメータの範囲には、測定可能であって、燃料電池モジュールの動作状況の標示に導く情報を提供可能な任意のパラメータが含まれる。例えば、測定可能なプロセスパラメータ及び動作パラメータには、入力及び出力ガスの温度、流量、反応生成物、及び燃料電池モジュールの電気出力が含まれ得るが、これらに限定されない。更に、幾つかの実施形態では、安全システムは、少なくとも１つのプロセスパラメータ及び動作パラメータを測定するためにセンサをポーリングするための命令を有する、コンピュータ読み取り可能コード手段を含む。
【００３４】
ステップ３−５では、安全システムは、測定されたプロセスパラメータ及び動作パラメータのセンサ読み取り値を記録及び評価する。幾つかの実施形態では、このようなデータを後で解析できるように、このような記録のログが維持される。次に、ステップ３−７で、安全システムは、測定されたプロセスパラメータ及び動作パラメータのいずれかが、警報閾値のいずれかを超えたか否かを判定する。幾つかの実施形態では、安全システムは、測定されたプロセスパラメータ及び動作パラメータを記録及び評価するための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段を含む。
【００３５】
どの警報閾値も超えていない場合（ステップ３−７のｎｏ経路）には、そのトライアルに対して定義された安全な動作範囲内でトライアルが進行しているものと見なされる。次に、安全システムは、ステップ３−３にループバックする。一方、警報閾値の１つ以上を超えた場合（ステップ３−７のｙｅｓ経路）には、安全システムはステップ３−９に進む。
【００３６】
ステップ３−９では、安全プログラムは、警報閾値を超えたプロセスパラメータ及び動作パラメータが悪化しないように、現在のトライアルの試験ベクトルを実行するアプリケーションプログラムを中断する。ステップ３−１１では、安全システムは、超えられた各警報閾値に対する警報フラグを生成する。各警報フラグには、個々の重要度や是正措置がとられない場合に警報閾値を超えることによって生じ得る損傷の重大度に基づく、優先度が割り当てられる。ステップ３−９及び３−１１の順序は、本発明の範囲を逸脱することなく入れ替え可能なことが、当業者にはわかるであろう。更に、幾つかの実施形態では、安全システムは、１つのアプリケーションプログラムを独立して中断するための、及び／又は、超えられた個々の警報閾値に対して優先度でソートされた警報フラグを生成するための、コンピュータ読み取り可能コード手段を含む。
【００３７】
他の実施形態では、警報フラグには優先度は割り当てられず、各警報フラグは発生順に扱われる。
【００３８】
ステップ３−１３では、警報フラグが優先度順に処理される。即ち、最も優先度が高い警報フラグに対する警報リカバリシーケンスが起動される。警報リカバリシーケンスは、安全システムによって呼び出される、ユーザが定義した警報スクリプトの形態であるのが有益である。幾つかの実施形態では、警報スクリプトは、警報リカバリシーケンスを構成するシーケンスステップを実行するための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段の形態である。警報スクリプトの非常に具体的な例を、図５に関して後述する。
【００３９】
ステップ３−１５では、安全システムによって警報リカバリシーケンスが開始される。安全システムは、センサのポーリングを続け、プロセスパラメータ及び動作パラメータを監視する。即ち、警報リカバリシーケンスの実行が、他の任意のアプリケーションプログラムの実行と同様に扱われる。このことは、安全システムによってより優先度が高い警報が生成された場合には、個々の優先度を有する警報フラグに対応する特定の警報リカバリシーケンスが割り込まれて中断され得ることを意味する。この本発明の態様については、図４に示すフローチャートを参照して更に論じる。
【００４０】
警報リカバリシーケンスが終了し、ステップ３−２１で、中断されたアプリケーションプログラム（又は警報リカバリシーケンス）が中断された位置から再開されたら、安全システムはステップ３−３にループバックする。先に参照して組み込んだ米国特許出願第１０／２４４，６０９号に記載されているように、安全システムは、警報リカバリシーケンスが効果的でなかった場合には依然として必要になり得るトライアルの終止の実行のために、別個のサブルーチン（又はサブシステム）の一部として、警報閾値の監視を継続する。
【００４１】
この本発明の実施形態では、警報リカバリシーケンスは、生成される他の警報フラグの一部又は全てに対してもポジティブな効果を有し得ると考えられる。従って、ステップ３−７で見出された、より優先度が低い警報フラグを処理する代わりに、安全プログラムはステップ３−３にループバックして、再びセンサをポーリングし、プロセスパラメータ及び動作パラメータの現在の測定値を読み出す。しかし、別の実施形態では、ステップ３−３に戻る前に、より優先度が低いフラグを処理してもよい。更に、より優先度が高い警報フラグが生成された場合には、警報リカバリシーケンスの実行が割り込まれてもよい。
【００４２】
次に図４を参照すると、本発明の別の実施形態による第２の変形例の安全システム（以下、単に安全システムと称する）で提供される全体的なステップを示すフローチャートが示されている。この安全システムは、図３に関して説明した安全システムと同じ実用的な目的を有する。実際に、ステップ４−１〜４−７は、それぞれステップ３−１〜３−７と同じである。
【００４３】
従って、ステップ４−７の肯定標示（ステップ４−７のｙｅｓ経路）から続くステップ４−９では、安全システムは、ステップ３−９における警報フラグの生成と同様に、個々の優先度を有する少なくとも１つの警報割り込みを生成する。幾つかの実施形態では、安全システムは、超えられた個々の警報閾値に対応する個々の優先度を有する警報割り込みを生成するための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段を含む。
【００４４】
次に、ステップ４−１１では、少なくとも１つの警報割り込みが、安全システムによって維持及び管理される割り込みキューに送られる。少なくとも警報割り込みが割り込みキューに受け取られたら、ステップ４−１３で、安全システムは、少なくとも警報割り込みが、キュー内の最も高い割り込みより高い優先度を有するか否かを判定する。これには、現在実行中の個々の警報リカバリシーケンスに対する対応する警報割り込みが含まれよう。少なくとも１つの警報割り込みが、キュー内の他のどの警報割り込みよりも高い優先度を有していない場合（ステップ４−１３のｎｏ経路）には、安全システムはステップ４−２３に進み、そこで、割り込みキューが優先度に基づく順序（即ち、昇順又は降順）にソートされる。上述したものと同様に、別の実施形態では、警報割り込みには優先度が割り当てられなくてもよく、この場合には、警報割り込みは発生順に処理される。次に、安全プログラムはステップ４−３に戻る。幾つかの実施形態では、安全システムは、ここに記載されたように割り込みキューを維持及び管理するための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段を含む。一方、少なくとも１つの警報割り込みが割り込みキュー内で最も高い優先度を有する場合（ステップ４−１３のｙｅｓ経路）には、安全システムはステップ４−１５に進む。
【００４５】
ステップ４−１５では、現在実行中のアプリケーションプログラム又は別の警報リカバリシーケンスが中断され、安全プログラムによって、この少なくとも１つの警報割り込みに対応する個々の警報リカバリシーケンスが開始される。個々の警報リカバリシーケンスの実行が終了したら、安全システムは、この少なくとも１つの警報割り込みを生じたプロセスパラメータ及び動作パラメータが、より安全な値に変更されたか否かを判定する。この処理は、図３に関して上述した処理と同様である。次に、ステップ４−２５で、中断されたアプリケーションプログラム（又は警報リカバリシーケンス）が中断された位置から再開されたら、安全システムはステップ４−３に進む。
【００４６】
ここでも、先に参照して組み込んだ米国特許出願第１０／２４４，６０９号に記載されているように、安全システムは、警報リカバリシーケンスが効果的でなかった場合には依然として必要になり得るトライアルの終止の実行のために、別個のサブルーチン（又はサブシステム）の一部として、警報閾値の監視を継続する。
【００４７】
更に、ここでも、警報リカバリシーケンスは、現在実行中の警報リカバリシーケンスよりも優先度が高い個々の警報割り込みを有する他の何らかの警報リカバリシーケンスによって割り込み可能であることが有益である。
【００４８】
上述したように、安全システムの役割は、プロセスパラメータ及び動作パラメータを監視し、トライアル中に複数の予めプログラムされた警報閾値の１つを超えた場合には、個々の警報リカバリシーケンスを開始することである。警報リカバリシーケンスが効果的ではなかったと見なされた場合には、試験システムの緊急停止が開始される。
【００４９】
例えば、構成要素である燃料電池の陽極及び／又は陰極への燃料の過剰供給によって生じる反応速度の増加により、燃料電池モジュールの動作温度が高くなり過ぎると、警報閾値を超える場合がある。次に図５を参照すると、試験されている燃料電池モジュールの過熱に関連付けられた上述の警報閾値を超えたことに応答して開始され得る、警報リカバリシーケンスの非常に具体的な例を示すフローチャートが示されている。上述の警報閾値及び／又は、試験されている燃料電池の安全な動作を確実にするために提供される他の多くの警報閾値に対する他の多くの警報リカバリシーケンスが提供され得ることが、当業者にはわかるであろう。
【００５０】
ステップ５−１で開始し、本発明の一実施形態によって提供される変形例の安全システムによって、警報リカバリシーケンスが開始される。このステップでは、試験システム内で提供される調整装置の制御が、警報リカバリシーケンスに移される。ステップ５−３では、必要な電流の量を低減するために、負荷ボックスによって提供される電気的負荷が低減される。次に、ステップ５−５で、流入する冷却剤の温度が下げられ、次にステップ５−７で、更に熱を放散させるために、試験システム及び／又は燃料電池内の冷却ファン又はポンプの速度が上げられる。最後に、ステップ５−９で警報リカバリシーケンスが終了し、調整装置の制御が警報リカバリシーケンスから移される。例えば、ＰＥＭ型燃料電池では、活性膜は温度の影響を受ける。従って、通常動作温度の最大値に対する最終警報閾値を設定してもよい。これを超えた場合には、図５のステップが開始される。これらのステップが温度を下げるのに失敗し、温度が、膜の損傷の可能性又は前兆を示す第２のより高い閾値を超えた場合には、（ｉ）膜の損傷を防止するため、及び（ｉｉ）損傷が生じている可能性を認識するために、燃料電池スタックが停止され、試験を再開する前に燃料電池スタックをチェックできるようにする。
【００５１】
幾つかの実施形態では、調整装置の制御を、本発明の一実施形態によって提供される変形例の安全プログラムによって開始される警報リカバリシーケンスに移すため、及び、警報リカバリシーケンスから移すための命令を有するコンピュータ読み取り可能コード手段が提供される。しかし、一般的に、安全プログラムは、警報リカバリシーケンスが実行中であるか又はアプリケーションプログラムが実行中であるかに関わりなく、このような制御に優先する制御を保有することを留意されたい。
【００５２】
上述の教示に照らして、本発明の多くの変形及び変更が可能である。従って、添付の特許請求の範囲内において、本発明は本願明細書に具体的に記載されているのとは別様で実施され得ることを理解されたい。例えば、幾つかの実施形態では、特定の警報閾値に応じて、警報閾値は複数のレベルを有し得る。例えば、特定の警報閾値に関連した第１及び第２のレベルが存在してもよい。このような状況では、第１のレベルを超えたら対応する警報リカバリスクリプトが呼び出され、第２のレベルを超えたら第２のアクションのセットが行われてもよい。第２のアクションのセットには、第２の警報リカバリシーケンスの初期化が含まれてもよく、又は、単にトライアルを終止させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】燃料電池モジュールの簡略化した模式図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールと組み合わせた燃料電池試験システムの簡略化した模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による第１の変形例の安全プログラムで提供される全体的なステップを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による第２の変形例の安全プログラムで提供される全体的なステップを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による警報リカバリシーケンスの非常に具体的な例を示すフローチャートである。
【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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【国際調査報告】
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