(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおけるリークを検出し検証するためのシステムおよび方法を提示すること。【解決手段】ある実施形態では、Ｈ２リークおよび／またはそのようなリークの位置を識別し検証するために適切なＨ２流量データを得ることができるように、様々な燃料電池スタック設定点を調整することができる。一部の実施形態では、様々な動作条件および／またはモードの下である燃料電池システムの動作パラメータを調整すること、ならびにそのような様々な動作条件の下で流量データを測定することによってＨ２流量データを得ることができる。【選択図】図１
2016127029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検証するための方法であって、
前記アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップと、
前記燃料電池システムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を前記基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量を測定するステップと、
複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた複数の測定リーク流量を前記第２の測定リーク流量と比較するステップと、
前記比較に基づいてリークを識別するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた前記複数の測定リーク流量を比較するステップが、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量を超えると判定するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が前記第２の測定された流量および第３の測定リーク流量よりも小さいと判定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料電池システムにおけるリーク位置を識別するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別すステップが、
前記燃料電池システムの前記カソードサブシステムにおいて圧力を増加させるステップと、
前記カソードサブシステムにおいて前記圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量を測定するステップと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記カソードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料電池システムにおいて前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量よりも高いと判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記アノードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記識別されたリークを確認するステップをさらに含み、前記確認するステップが、
前記燃料電池システムの遮断動作中に前記アノードサブシステムの圧力減衰率をモニタするステップと、
前記減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いと判定するステップと、
少なくとも一部は前記判定に基づいて、前記識別されたリークを確認するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムに対する損傷を軽減するために、前記リークを識別する前記ステップに応答して、少なくとも１つの保護措置を実施するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記保護措置が、前記燃料電池システムの遮断動作を開始するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記保護措置が、前記燃料電池システムにおける水素の注入を終了させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
プロセッサによって実行する場合に、燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検証する方法を前記プロセッサに行わせる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記方法が、
前記アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップと、
前記燃料電池システムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を前記基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量を測定するステップと、
複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた複数の測定リーク流量を前記第２の測定リーク流量と比較するステップと、
前記比較に基づいてリークを識別するステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１２】
前記複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた前記複数の測定リーク流量を比較するステップが、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量を超えると判定するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が前記第２の測定された流量および第３の測定リーク流量よりも小さいと判定するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１３】
前記方法が、
前記燃料電池システムにおけるリーク位置を識別するステップ、
をさらに含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１４】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記燃料電池システムの前記カソードサブシステムにおいて圧力を増加させるステップと、
前記カソードサブシステムにおいて前記圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量を測定するステップと、
を含む、請求項１３に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１５】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記カソードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量よりも高いと判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記アノードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項１４に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
前記方法が、
前記識別されたリークを確認するステップをさらに含み、前記確認するステップが、
前記燃料電池システムの遮断動作中に前記アノードサブシステムの圧力減衰率をモニタするステップと、
前記減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いと判定するステップと、
少なくとも一部は前記判定に基づいて、前記識別されたリークを確認するステップと、
を含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１８】
前記方法が、前記燃料電池システムに対する損傷を軽減するために、前記リークを識別するステップに応答して、少なくとも１つの保護措置を実施するステップをさらに含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
前記保護措置が、前記燃料電池システムの遮断動作を開始するステップを含む、請求項１８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
前記保護措置が、前記燃料電池システムにおける水素の注入を終了させるステップを含む、請求項１８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本開示は、燃料電池システムのリークを検出し検証するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、限定することなく、本開示は、燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検出し検証するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[002]乗用車は、車両の電気システムおよびドライブトレインシステムのある機構に電力を供給するために燃料電池（「ＦＣ：ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ」）システムを含むことがある。例えば、ＦＣシステムは、車両の電気的なドライブトレイン構成要素に電力を（例えば、電気駆動モータなどを使用して）直接および／または中間の電池システムを介して供給するために、車両において利用されることがある。水素は、ＦＣシステムにおいて使用されることがある１つの可能性のある燃料である。水素は、ＦＣシステムにおいて電気を効率的に生成するために使用することができるクリーンな燃料である。水素ＦＣシステムは、アノードとカソード間に電解質を含むことがある電気化学装置である。アノードは、水素ガスを受け取り、カソードは、酸素または空気を受け取る。水素ガスは、アノードで解離され自由水素プロトンおよび電子を生成する。水素プロトンは、電解質を横切って選択的に伝導することができる。アノードからの電子は、電解質を通過することができず、したがって、負荷に導かれ、カソードに送られる前に仕事を行う。水素プロトンは、カソード中の酸素および電子と反応して水を生成する。
【０００３】
[003]プロトン交換膜燃料電池（「ＰＥＭＦＣ：Ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ」）は、ＦＣを動力源とする車両において使用されることがある。ＰＥＭＦＣは、一般にペルフルオロスルホン酸膜などの固体高分子電解質プロトン伝導膜を含む。ＰＥＭＦＣに含まれるアノードおよびカソードは、カーボン粒子上に支持され、イオノマーと混合された微粉触媒粒子（例えば、白金粒子）を含むことができる。触媒混合物を膜の両側に堆積させることができる。
【０００４】
[004]アノードサブシステムからのリークを識別し軽減する能力は、持続的なＰＥＭＦＣシステムの性能およびある排ガス規制要求事項の遵守を達成する際に考慮すべき点である。特に、アノードサブシステムにおける水素（「Ｈ２」）リークは、とりわけＰＥＭＦＣシステム全体の効率を低下させ、および／またはＨ２排出濃度を増加させる可能性がある。規制要求事項は、とりわけ、アノードサブシステムからＨ２が失われる場合に、確実にある反応的および／もしくは軽減措置を講じるために、ならびに／または誤リーク検出の発生を低減させるために、ＰＥＭＦＣシステムにおけるＨ２リークの正確な識別を必要とすることがある。しかしながら、ＰＥＭＦＣリークを識別するための従来の手法は、ＰＥＭＦＣ作動時間中のリークを識別することに限定される場合があり、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリークおよび／またはリークの位置を十分な精度で識別し検証するのに、適切なアノードＨ２流量データを利用することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[005]本明細書に示されたシステムおよび方法は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークの識別に関連して利用され得る。より詳細には、開示されたシステムおよび方法の実施形態は、ＰＥＭＦＣシステムにおけるＨ２リークの識別および検証に関連して利用され得る。一部の実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、アノード区画およびカソード区画を含むことができる。本明細書で使用されるように、ＰＥＭＦＣシステムは、単一のセルを含んでもよく、あるいはスタック構成で配置された複数のセルを含んでもよい。ＦＣスタックは、典型的には、圧縮機によってスタックを通って強制的に流される空気の流れであるカソード入力ガスを受け取ることができる。スタックによって消費されない酸素および／または空気の一部は、スタック副産物として水を含むことがあるカソード排気ガスとして出力されてもよい。また、ＦＣスタックは、スタックのアノード側に流れ込むアノードＨ２入力ガスを受け取る。
【０００６】
[006]ＦＣスタックは、いくつかの膜電極接合体（例えば、アノード触媒混合物、カソード触媒混合物、および膜の接合体）間に位置する一連のバイポーラプレートを含むことができる。バイポーラプレートは、スタック内の隣接したＦＣに対するアノード側およびカソード側を含む。アノードガス流チャネルは、アノード反応性ガスがそれぞれの膜電極接合体に流れることができるようにするバイポーラプレートのアノード側に設けられてもよい。カソードガス流チャネルは、カソード反応性ガスがそれぞれの膜電極接合体に流れることができるようにするバイポーラプレートのカソード側に設けられてもよい。一方のエンドプレートは、アノードガス流チャネルを含んでもよく、もう一方のエンドプレートは、カソードガス流チャネルを含んでもよい。バイポーラプレートおよびエンドプレートは、ステンレス鋼または導電性複合材料などの導電性材料から作られてもよい。エンドプレートは、ＦＣによって生成された電気をスタックの外に導くことができる。また、バイポーラプレートは、冷却流体が流れることができる流路をさらに含むことができる。
【０００７】
[007]ある実施形態では、ＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークを検証する方法は、アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップを含むことができる。ＦＣシステムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度は、基準レベルに調整されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量が測定され得る。
【０００８】
[008]複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルで得られた、複数の測定リーク流量は、第２の測定リーク流量と比較されてもよい。例えば、一部の実施形態では、アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が第２の測定リーク流量を上回ると判定されてもよい。次いで、アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が第２の測定された流量および第３の測定リーク流量を下回ると判定されてもよい。複数の測定リーク流量と第２の測定リーク流量との比較に基づいて、リークが識別され得る。
【０００９】
[009]一部の実施形態では、本方法は、ＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するステップをさらに含むことができる。例えば、ある実施形態では、ＦＣシステムのカソードサブシステムにおける圧力を増加させることができる。カソードサブシステムにおける圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量が測定されてもよい。第５の測定リーク流量が第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定されてもよく、この判定に基づいて、カソードサブシステムにおけるリーク位置が識別され得る。さらなる実施形態では、第５の測定リーク流量が第２の測定リーク流量を上回ると判定されてもよく、この判定に基づいて、アノードサブシステムにおけるリーク位置が識別され得る。
【００１０】
[0010]さらなる実施形態では、本方法は、識別されたリークを確認するステップ、および／またはその他の方法で検証するステップをさらに含むことができる。例えば、ＦＣシステムの遮断動作中のアノードサブシステムの圧力減衰率がモニタされてもよい。識別されたリークは、減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いという判定に基づいて確認され、および／またはその他の方法で検証されてもよい。
【００１１】
[0011]さらなる実施形態では、本方法は、ＦＣシステムへの損傷を軽減するために、リークの識別に応答して少なくとも１つの保護措置を実施するステップを含むことができる。例えば、リークの識別に応答して、ＦＣシステムにおいて遮断動作が開始されてもよい。さらなる実施形態では、ＦＣシステムにおける水素の注入を、リークの識別に応答して直ちに終了させることができる。
【００１２】
[0012]ある実施形態では、前述の方法は、少なくとも一部は、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた電子機器を制御することによって行われても、および／または関連付けられた実行命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を使用して実施されてもよい。
【００１３】
[0013]本開示の様々な実施形態を含む、本開示の非限定的および非排他的な実施形態について、図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】[0014]本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムの図である。
【図２】[0015]本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのリークを検出するおよび検証するための方法の概念図である。
【図３】[0016]本明細書に開示された実施形態と整合するシミュレートされたアノードリーク事象中のある時間にわたるリーク流量の例示的な推定値を示すグラフである。
【図４】[0017]本明細書に開示されて実施形態と整合するＦＣシステムのリークを検出するおよび検証する例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0018]本開示の実施形態と整合するシステムおよび方法の詳細な説明が以下で提供される。いくつかの実施形態について記載されるが、本開示は、いかなる一実施形態にも限定されず、代わりに、多数の代替形態、変更形態、および均等形態を包含することを理解されたい。加えて、本明細書に開示された実施形態についての完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が以下の説明で述べられるが、一部の実施形態は、これらの詳細の一部またはすべてなしに実行されてもよい。さらに、明瞭にする目的で、従来技術において知られているある技術的な材料は、本開示を不必要に不明瞭にしないようにするために詳細には記載されていない。
【００１６】
[0019]本開示の実施形態は、同様の部分が同様の数字によって指定されることがある図面を参照することによって最もよく理解されるであろう。本明細書の図において一般的に記載され図示されるような、開示された実施形態の構成要素は、種々様々の異なる構成で配置され、設計されることがある。したがって、本開示のシステムおよび方法の実施形態についての以下の詳細な説明は、特許請求されるような本開示の範囲を限定することは意図されておらず、本開示の可能な実施形態を単に表現しているにすぎない。加えて、方法の各ステップは、必ずしもいかなる特定の順番でも、または連続的にでさえ実行される必要はなく、あるいは各ステップは、別段の定めがない限り一度だけ実行される必要もない。
【００１７】
[0020]本明細書で提供されるシステムおよび方法は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるＨ２のリークを検出する、検証する、および／または管理することに関連して利用され得る。ある実施形態では、Ｈ２リークおよび／またはそのようなリークの位置を少なくとも一部は流量データに基づいて識別し検証するために、適切なＨ２流量データを得ることができるように、様々なＦＣスタック設定点が調整されてもよい。一部の実施形態では、そのようなＨ２流量データは、様々な動作条件ならびに／またはモード（例えば、ＦＣスタックの作動、アイドル／スタンバイおよび／もしくは遮断モード）の下で、あるＰＥＭＦＣシステム動作パラメータ（例えば、システム圧力および／もしくはパワーレベル）を調整し、そのような様々な動作条件の下で流量データ測定することによって得られてもよい。
【００１８】
[0021]図１は、本明細書に開示された実施形態と整合する車両１００に含まれるＰＥＭＦＣシステム１０２の図を示す。車両１００は、自動車両、海洋車両、航空機、および／またはその他のタイプの車両であってもよく、本明細書に開示されたシステムおよび方法を組み込むための任意の適切なタイプのドライブトレインを含むことができる。開示されたシステムおよび方法のさらなる実施形態は、例えば、固定されたＦＣシステム（例えば、発電機）を含む、その他のタイプのＦＣシステムに関連して利用されてもよい。図示されるように、車両１００は、車両１００のある構成要素に電力を提供するように構成されたＰＥＭＦＣシステム１０２を含むことができる。例えば、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、車両１００の電気的なドライブトレイン構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。
【００１９】
[0022]一部の実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、電気的なドライブトレイン構成要素に直接電力を提供するように構成されてもよい。ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、中間の電池装置（図示せず）を介して電気的なドライブトレイン構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。さらなる実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、例えば、電気冷却液ポンプ、照明システム、オーディオシステムなどを含む、様々な車両１００システムに電気エネルギーを供給する低電圧電池システム（例えば、１２Ｖの自動車鉛蓄電池）を含む、１つまたは複数の他の蓄電池システムに電力を提供するように構成されてもよい。
【００２０】
[0023]ＰＥＭＦＣシステム１０２は、単一のセル、またはＰＥＭＦＣスタック１０４構成で配置された複数のセルを含んでもよく、あるＰＥＭＦＣシステム要素および／または上記の機構を含んでもよい。ＦＣスタック１０４は、アノード側およびカソード側を含むことができる。圧縮機１０８は、カソード入力空気を湿らす水蒸気移送（「ＷＶＴ：ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ」）ユニット１１０を介してカソード入力ライン１０６上のＦＣスタック１０４のカソード側に空気流を提供することができる。カソード排気ガスは、背圧弁１１４を通ってカソード排ガスライン１１２を介してＦＣスタック１０４から出力されてもよい。圧力センサ１１６は、カソード排ガスライン１１２の圧力を測定することができる。
【００２１】
[0024]ＦＣスタック１０４のアノード側は、アノード入力ライン１２２上の水素源１２４から水素ガスを受け取り、アノード再循環ライン１２６にアノード再循環ガスを提供することができる。スタック１０４のアノード側でのガスのパージまたは抽気が望まれる場合、アノード排気ガスは、アノード排ガスライン１２０に設けられてもよいバルブ１２８を通ってカソードライン１０６内へ抽気されてもよい。圧力センサ１３４は、ＦＣスタック１０４のアノード側の圧力を測定するために、アノード再循環ライン１２６などのアノードサブシステム内の場所に設けられてもよい。
【００２２】
[0025]ＰＥＭＦＣシステム１０２ならびに／または関連付けられたシステムおよび／もしくは構成要素は、関連付けられた制御システム１３６と通信可能に結合されてもよい。制御システムは、ＰＥＭＦＣシステム１０２ならびに／または関連付けられたシステムおよび／もしくは構成要素のある動作をモニタし制御するように構成されてもよい。例えば、数ある動作の中でもとりわけ、制御システム１３６は、圧力センサ１１６、１１８、１３４から圧力情報信号を受け取ることができ、少なくとも一部はそのような情報に基づいてＦＣスタック１０４の様々な動作を制御する。例えば、制御システム１３６は、ＰＥＭＦＣシステム１０２の起動、遮断、充電、放電をモニタおよび制御し、ならびに／またはその動作を診断するように構成されてもよい。ある実施形態では、制御システム１３６は、ＰＥＭＦＣシステム１０２におけるリークを検出するおよび／もしくはその他の方法で検証する、あるいは／または開示されたシステムおよび方法の実施形態のいずれかを実施するように構成されてもよい。
【００２３】
[0026]図２は、本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークを検出するおよび検証する方法の概念図２００を示す。ある環境では、アノードサブシステムにおけるＨ２リークに関連付けられたリーク流は、関連付けられたインジェクターが点火していない場合に、アノードサブシステムの圧力減衰をモニタすることから得られる情報に基づいて（例えば、関連付けられた圧力センサなどから得られる測定値に基づいて）計算されてもよい。例えば、圧力の読み取り値は、インジェクター制御システムに関連付けられたパルスの立下りエッジの検出の後に記憶され始めてもよく、インジェクターが再び点火し始めるときに記憶を停止してもよい。そのような読み取り値に基づいて、アノードサブシステムの圧力減衰が判定され得る。
【００２４】
[0027]いくつかの圧力読み取り値サンプルは、少なくとも一部はＰＥＭＦＣシステムの電流密度に基づいて変わってもよく、比較的高い電流密度では、注入は、より頻繁であり、および／またはインジェクターは、比較的より長い期間アクティブである。より低い電流密度では、インジェクターは、比較的より短い期間点火し、それによって、比較的より長い減衰時間に、より多くの圧力読み取りが可能となる。インジェクターが再び点火を停止するときに、圧力データは、新しい読み取り値によって更新され得る。
【００２５】
[0028]様々な方法が、測定された圧力情報に基づいてアノードサブシステムからのリーク流量を求めるために使用されてもよい。例えば、リーク流量は、質量バランス法および／または圧力減衰法に基づいて求められてもよい。ある実施形態では、これらの方法は、次式に基づいてもよい。
【００２６】
【数１】
2016127029.tif 000003
【００２７】
ここで
【００２８】
【数２】
2016127029.tif 000004
【００２９】
はリーク流であり、
【００３０】
【数３】
2016127029.tif 000005
【００３１】
はインジェクター流であり、
【００３２】
【数４】
2016127029.tif 000006
【００３３】
はＨ２消費率であり、
【００３４】
【数５】
2016127029.tif 000007
【００３５】
はアノード圧力の変化による流量である。ある実施形態では、質量バランス法は、インジェクターのオフ時間が比較的より短い場合に、高電力動作条件で使用されることがある。圧力減衰法は、インジェクターのオフ時間が比較的より長い場合に、低消費電力動作条件で使用されることがある。
【００３６】
[0029]ある実施形態では、前述の方法を使用して得られる検出リーク流量に関連付けられた信号は、比較的ノイズが多く、リークがいつ初めに起こるかを判定するのが困難となる場合がある。また、検出リーク流量信号の正確さは、関連付けられた圧力および電流情報を得るために使用される圧力および電流センサの正確さに依存することがある。
【００３７】
[0030]本明細書に開示された実施形態と矛盾することなく、より正確なＨ２流量データは、様々な動作および／またはモード（例えば、ＦＣスタックの作動、アイドル／スタンバイ、および／もしくは遮断モード）の下であるＰＥＭＦＣシステムの動作パラメータならびに／または条件（例えば、システム圧力および／もしくは電力レベル）を調整すること、ならびにそのような様々な動作条件の下で流量データを測定することによって得られてもよい。例えば、ＦＣスタックの作動および／またはアイドル／スタンバイモード中にスタック動作条件が調整されてもよく、関連付けられた検出リーク流量信号の、結果として生じる応答がモニタされてもよい。ＦＣスタック遮断モード中に、インジェクターがオフのときのアノードシステムの圧力の減衰率がモニタされてもよい。
【００３８】
[0031]図２の概念図２００に関連して示される方法は、前述のシステムおよび方法の実施形態を実施することができる。図示される概念図２００は、様々な動作モード（例えば、作動２０６、スタンバイ／アイドル２０８、遮断２１２）中にカソードサブシステム２１６およびアノードサブシステム２１４のある時間２０２にわたる測定された圧力２０４（例えば、ｋＰａを単位として測定された）を示す。例示的な電流密度２１８も様々な測定された圧力２１４、２１６に関連して示されている。本方法は、いくつかのステップ２２０〜２３０を含むことができ、各ステップがＰＥＭＦＣシステムの動作モード２０６、２０８および２１２に関連付けられている。例えば、ステップ２２０〜２２４および２２８は、ＰＥＭＦＣシステムの作動モード２０６に関連付けられてもよく、ステップ２２６は、ＰＥＭＦＣシステムのスタンバイ／アイドルモード２０８に関連付けられてもよく、ステップ２３０は、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード２１２に関連付けられてもよい。一部の実施形態では、スタンバイ／アイドルモード２０８は、ＰＥＭＦＣシステムが比較的低い電流密度で動作している、作動モード２０６のサブセット動作モードであってもよい。
【００３９】
[0032]ステップ２２０では、リーク流量は、リーク流量信号を発生させる、アノードサブシステム圧力の変化に基づいて、連続的に計算されてもよい。リーク流量信号レベルが第１のしきい値を超え、アノードバルブがすべて閉じられている場合、疑わしいアノードサブシステムリークが識別され得る。疑わしいアノードサブシステムリークは、リークが、アノードバルブが吸引され開いているためである場合に生じることがあるように、すべてのアノードバルブが開いた状態で第２のしきい値を超えるリーク流量信号レベルに基づいて、同様に識別され得る。一旦疑わしいアノードサブシステムリークが検出されると、関連付けられたリーク流量信号レベルが記憶されてもよく、本明細書ではＬＡとして表示される。ＰＥＭＦＣシステムの電流密度およびアノード・カソード間圧力バイアスも記憶されてもよい。
【００４０】
[0033]リーク流量ＬＡがステップ２２２で記憶された後、電流密度２１８に対する設定点およびアノード・カソード間圧力バイアスがある設定レベルに調整されてもよい。例えば、電流密度２１８は、０．０３Ａ／ｃｍ２に設定されてもよく、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに調整されてもよいが、他の設定レベルも本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。これらの条件の下で、ＬＢとして本明細書に表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。ある実施形態では、利用される設定点は、アノードサブシステムにおけるＨ２リークをエミュレートするように設計されたリーク特性評価試験に基づいて識別されてもよく、リーク信号を比較するための基準条件を表すことができる。
【００４１】
[0034]ステップ２２４では、アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａから４０ｋＰａに調整され得るが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。増加させた後に、本明細書ではＬＣ１として表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることによって、アノード圧力およびリーク流量が増加するはずであり、このことは、ＬＣ１をＬＢと比較することによって確認され得る。
【００４２】
[0035]アノード・カソード間圧力バイアスの増加に続いて、アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、４０ｋＰａから１０ｋＰａに調整され得るが、他の減少も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。減少させた後に、本明細書ではＬＣ２として表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることによって、アノード圧力およびリーク流量が減少するはずであり、このことは、ＬＣ２をＬＢと比較することによって確認され得る。同様に、ＬＣ２は、ＬＣ１と比較されてもよい。アノードサブシステムにおけるリークの場合には、ＬＣ１は、ＬＣ２よりも大きいはずである。
【００４３】
[0036]ステップ２２６では、ＰＥＭＦＣシステムがスタンバイ／アイドル動作モード２０８に設定されてもよい。インジェクターが比較的低周波で点火することがある、スタンバイ／アイドル動作モード２０８条件中に、より多くのサンプル点がアノードサブシステム内の圧力減衰を計算するのに利用可能である可能性がある。とりわけ、これらの追加のサンプル点によってより正確なリーク流量判定が可能となる。加えて、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよく、異常なモニタされた減衰率は、アノードサブシステムにおける疑わしいリークを検証するために利用され得る。本明細書ではＬＤとして表示されたリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。加えて、本明細書ではｄＬＤとして表示されたリーク流量信号レベルの変化率も記憶されてもよい。
【００４４】
[0037]ある実施形態では、リーク流量信号レベルの変化率は、本明細書ではＫＥとして表示されるしきい値減衰率と比較されてもよい。しきい値減衰率は、様々な方法で求められてもよい。例えば、一部の実施形態では、しきい値減衰率は、許容できるリーク検出検証性能を達成するように較正された減衰率を含むことができる。ある実施形態では、しきい値減衰率は、ＰＥＭＦＣシステムの名目上の減衰率を求めるためにＰＥＭＦＣシステム（例えば、リークのないシステム）の試験および／または特性評価に基づいて求められてもよい。
【００４５】
[0038]ステップ２２８では、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置が決定され得る。ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムが作動動作モード２０６に設定されていることがある間に、この決定が行われ得る。ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するために、カソード圧力を増加させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスは、維持されてもよい。例えば、カソード圧力を１５０ｋＰａに増加させることができるが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよく、一方でアノード・カソード間圧力バイアスは２０ｋＰａに維持されていてもよい。増加させた後に、本明細書ではＬＥとして表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを維持し、カソード圧力を増加させることによって、リーク流量信号レベルが一定（すなわち、ＬＥ＝ＬＢ）に留まる場合は、リークは、カソードサブシステムに位置すると判定され得る。リーク流量信号レベルが増加する（すなわち、ＬＥ＞ＬＢ）場合は、リーク位置は、アノードサブシステムからのオーバーボードリーク（例えば、限定することなく、ＰＥＭＦＣシステムのプレート封止のリーク、水素インジェクターのリーク、水素供給ラインのリークなどによって引き起こされるような周囲の環境へのリーク）の可能性がある。
【００４６】
[0039]一部の実施形態では、リークは、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード２１２中にアノードサブシステムの圧力の減衰率をモニタすることによって、ステップ２３０で確認され得る。本明細書ではｄＬＦとして表示されたアノードサブシステムの圧力の減衰率がしきい値減衰率よりも速い場合は、リークがＰＥＭＦＣシステムにおいて確認され得る（すなわち、しきい値減衰率未満の名目上の減衰率は、リークに関連付けられない場合があるが、しきい値を超えるより速い減衰率は、Ｈ２リークがより速い圧力低下を引き起こすといった異常状態に関連付けられ得る）。アノードサブシステムの圧力の減衰率がしきい値減衰率よりも遅い場合は、リークは、ＰＥＭＦＣシステムにおいて確認されなくてもよい。
【００４７】
[0040]ある実施形態では、ステップ２２０〜２２８は、比較的短い期間（例えば、１秒以下）で行われてもよい。ある実施形態では、そのような期間によってより重大なリークに起因する損傷が始まる前にリークを識別するおよび／または確認することができる。
【００４８】
[0041]本発明の範囲内で図２に関連して提示された概念に対して多くの変形を行うことができることを認識されるであろう。例えば、限定することなく、一部の実施形態では、ステップ２２０〜２３０の一部またはすべては、異なる順番でおよび／または異なる動作モード２０６〜２１２中に行われてもよい。したがって、図２は、限定ではなく、例示および説明の目的のために提供されていることを認識されるであろう。
【００４９】
[0042]図３は、本明細書に開示された実施形態と整合するアノードリーク事象中の（例えば、秒を単位として測定された）ある時間３０２にわたる（例えば、モル／秒を単位として測定された）リーク流量３０４の例示的な推定値を示すグラフ３００を示す。特に、グラフ３００は、シミュレートされたリークが時点３０６で始まり、時点３０８で終了する間の例示的な検出されたリーク流量信号３１０を示す。グラフ３００に関連して示されるように、検出されたリーク流量信号３１０は、シミュレートされたリークの開始後に（すなわち、時点３０６の後に）増加し、シミュレートされたリークの終了後に（すなわち、時点３０８の後に）減少すること示す。本明細書に開示された実施形態と整合して、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークは、少なくとも一部は、そのようなリーク流量信号に基づいて検証されてもよい。
【００５０】
[0043]図４は、本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのリークを検出するための例示的な方法４００の流れ図を示す。図示される方法４００は、少なくとも一部は、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた制御システム、ならびに／または１つまたは複数のバルブ、圧力調整器および／もしくはセンサ、電流センサ（例えば、電流密度センサ）、流量センサなどを使用して行われてもよいが、他の適切なシステムおよび／またはシステムの組合せも利用されてもよい。
【００５１】
[0044]本方法４００は、４０２から開始することができる。ある実施形態では、方法４００は、作動動作モードに入るＰＥＭＦＣに基づいて開始してもよい。そのような動作モードの下で、アノードサブシステムの圧力情報が連続的におよび／または周期的にモニタされ、（例えば、式１などに基づいて）本明細書に開示された実施形態と整合する疑わしいリークを識別および／または検証する。
【００５２】
[0045]４０４で、アノードサブシステムの圧力情報が受け取られてもよい。ある実施形態では、アノードサブシステムの圧力情報は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムに関連付けられた１つまたは複数の圧力センサから受け取られてもよい。リーク流量は、少なくとも一部は、リーク流量信号を発生させる、アノードサブシステムの圧力情報に基づいて、４０６で計算されてもよい。
【００５３】
[0046]リーク流量信号がリーク流量しきい値を超えるかどうかに関して４０８で判定が行われてもよい。ある実施形態では、リーク流量しきい値は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるシミュレートされたオーバーボードリークを試験するおよび／またはその他の方法で特性評価することに基づいて（例えば、リーク検出試験により）判定されてもよい。一部の実施形態では、しきい値は、ＰＥＭＦＣシステムにおけるオーバーボードリークを検出するために最小検出可能信号しきい値を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、関連付けられた流量信号が検出しきい値（例えば、最小の検出しきい値）に達するまで、シミュレートされたオーバーボードリークの制御された流量を低減させることができる。次いで、そのようなしきい値が開示された実施形態に関連してリーク流量しきい値として利用されてもよい。リーク流量信号がリーク流量しきい値を超える場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４１０に進むことができる。リーク流量信号がリーク流量しきい値を超えない場合は、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００５４】
[0047]４１０で、４０８での判定において使用された信号レベルに関連付けられた第１の流量信号レベルが記憶されてもよい。ＰＥＭＦＣシステムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度は、４１２で、ある設定レベルに調整されてもよい。例えば、ある実施形態では、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに設定されてもよく、電流密度は、０．０３Ａ／ｃｍ２に設定されてもよいが、他の設定レベルが本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。ある実施形態では、設定レベルは、アノードサブシステムにおけるＨ２リークをエミュレートするように設計されたリーク特性評価試験に基づいて、識別されてもよく、リーク信号を比較するための基準条件を表すことができる。
【００５５】
[0048]４１２での調整の後に生じる信号レベルに関連付けられた第２の流量信号レベルが４１４で記憶されてもよい。第２の流量信号レベルを記憶した後に、アノード・カソード間圧力バイアスを４１６で増加させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａから４０ｋＰａに調整され得るが、他の増加も、本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。増加の後、第３の流量信号レベルが４１８で記憶されてもよい。
【００５６】
[0049]４２０で、第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも大きいかどうかに関して判定が行われてもよい。第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも小さい場合は、リークが疑われる可能性はなく、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。リークしている場合にアノード・カソード間圧力バイアスを増加させると、結果としてアノード圧力が増加し、リーク流量が増加する可能性がある。したがって、第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも大きい場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４２２に進むことができる。
【００５７】
[0050]４２２でアノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。例えばアノード・カソード間圧力バイアスは、４０ｋＰａから１０ｋＰａに調整され得るが、他の減少も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。減少の後、第４の流量信号レベルが４２４で記憶されてもよい。
【００５８】
[0051]４２６で、第４の流量信号レベルが第２の流量信号レベルおよび第３の流量信号レベルと比較され、第４の流量信号レベルが第２および第３の信号レベルよりも大きいかどうかを判定することができる。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることによって、アノード圧力およびリーク流量が減少するはずである。したがって、第２および第３の流量信号レベルが第４の流量信号レベルよりも大きい場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４２８に進むことができる。さもなければ、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００５９】
[0052]ＰＥＭＦＣシステムは、４２８でスタンバイ／アイドル動作モードに設定されてもよく、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよい。そのような動作モード中に、ＰＥＭＦＣシステムのインジェクターは、比較的低周波で点火することができ、それによってアノードサブシステム内部の圧力減衰のモニタに関連してより多くのサンプル点を使用することが可能となる。４３０で、モニタされた圧力減衰率は、圧力減衰率しきい値（例えば、システムの試験および／または特性評価などによって得られた名目上の減衰率に関連付けられたしきい値）と比較されてもよい。モニタされた圧力減衰率が圧力減衰率しきい値を超える場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４３２に進むことができる。さもなければ、方法４００は、次に進んで４２２で終了することができる。
【００６０】
[0053]４３２で、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するために、ＰＥＭＦＣシステムは、動作モードに設定されてもよく、カソードサブシステムの圧力を増加させることができ、アノード・カソード間圧力バイアスは、維持されてもよい。例えば、カソード圧力を１５０ｋＰａに増加させることができるが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよく、一方でアノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに維持されてもよい。
【００６１】
[0054]増加の後に、４３４でリーク流量が、一定かどうかが判定されてもよい。リーク流量が一定の場合、リーク位置がカソードサブシステム内にあると判定され得て、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。リーク流量が増加する場合は、リークがアノードサブシステムおよび／またはオーバーボード位置にあると判定され得て、方法４００は、４３６に進むことができる。
【００６２】
[0055]４３６で、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよい。ある実施形態では、この圧力減衰率は、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード中にモニタされてもよい。４３８で、圧力減衰率は、基準しきい値減衰率と比較されてもよい。ある実施形態では、しきい値減衰率は、名目上の減衰率を識別するためにＰＥＭＦＣシステムの試験および／または特性評価に基づいて決定されてもよい。圧力減衰率がしきい値減衰率よりも速くない場合は、リークが確認される可能性はなく、方法４００は、次に進んで４２２で終了することができる。しかしながら、圧力減衰率がしきい値減衰率よりも速い場合は、方法４００は、４４０に進むことができ、リークがアノードサブシステムにおいて確認される可能性があり、ＰＥＭＦＣは、１つまたは複数の保護措置（例えばシステムに対する損傷を防ぐ措置）に関与することができる。例えば、ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、遮断モードに切り替えられてもよく、他の動作の中でもとりわけ、空気がＰＥＭＦＣスタックに送り込まれてもよい。さらなる実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、急停止（例えば、作動モードから停止モードへの急速遷移）に関与することができ、それによってＰＥＭＦＣシステムにおける水素注入を速やかに終了することができる。方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００６３】
[0056]本明細書に開示されたあるシステムおよび方法は、少なくとも一部は１つまたは複数のコンピュータシステムを使用して実施されてもよい。例えば、ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた制御システムは、少なくとも一部は１つまたは複数のコンピュータシステムを使用して実施されてもよい。本明細書に開示されたシステムおよび方法は、いかなる特定のコンピュータまたは他の装置とも本質的に関係がなく、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの適切な組合せによって実施されてもよい。ソフトウェアの実施態様は、プロセッサによって実行されたとき、少なくとも一部は実行命令によって規定された方法をプロセッサに行わせることができる実行可能コード／命令を備える１つまたは複数のコンピュータプログラムを含んでもよい。コンピュータプログラムは、コンパイラ型またはインタープリタ型言語を含む、プログラミング言語の任意の形態で書かれてもよく、独立型プログラム、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、あるいはコンピュータ環境で使用するのに適した他のユニットを含む任意の形態で展開されてもよい。さらに、コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、あるいは１つのサイトの、または複数のサイトにまたがって分散され通信網によって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開されてもよい。ソフトウェアの実施形態は、プロセッサによって実行されたとき、命令に従って方法をプロセッサに行わせるように構成されたコンピュータプログラムおよび命令を記憶するように構成された非一時的記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品として実施されてもよい。ある実施形態では、非一時的記憶媒体は、非一時的記憶媒体上にプロセッサ可読命令を記憶することができるいかなる形態もとることができる。非一時的記憶媒体は、コンパクトディスク、ディジタルビデオティスク、磁気テープ、ベルヌーイ駆動装置、磁気ディスク、パンチカード、フラッシュメモリ、集積回路、またはその他の非一時的ディジタル処理装置メモリデバイスによって具現化されてもよい。
【００６４】
[0057]前述の事項は、明瞭にするために多少詳細に記載されたが、ある変更および変形が前述の原理から逸脱せずに行われてもよいことは明らかであろう。例えば、ある実施形態では、本明細書に開示されたシステムおよび方法は、車両に含まれないＦＣシステムにおいて（例えば、バックアップ電源などで）利用されてもよい。本明細書に記載されたプロセスおよびシステムの両方を実施する多くの代替方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示であると考えられるべきであり、本発明は、本明細書で示された細目に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲および均等物の範囲内で修正されてもよい。
【００６５】
[0058]前述の明細書は、様々な実施形態を参照して記載された。しかしながら、当業者は、本開示の範囲から逸脱せずに様々な修正および変更が行われ得ることを認識されるであろう。例えば、様々な動作ステップ、ならびに動作ステップを実行するための構成要素は、特定の用途に応じてまたはシステムの動作に関連付けられた任意の数の費用関数を考慮して代替の方法で実施されてもよい。したがって、ステップの１つまたは複数のいずれも、削除されても、修正されても、他のステップと組み合わされてよい。さらに、本開示は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきであり、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。同様に、恩恵、他の利点、および問題の解決策について、様々な実施形態に関して上で記載された。しかしながら、すべての恩恵、利点、もしくは解決策をもたらす、またはより明白にすることができる恩恵、利点、問題の解決策、およびいかなる要素（複数可）も、重要な、必要な、または本質的な特徴もしくは要素として解釈されるべきではない。
【００６６】
[0059]本明細書で使用されるように、用語「備える」および「含む」、ならびにそれらのその他の変形形態は、要素の一覧を含むプロセス、方法、物品、もしくは装置が、それらの要素のみを含まず、明示的に列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、システム、物品もしくは装置に固有の他の要素を含むことができるように、非排他的な含有物を包含することが意図されている。また、本明細書で使用されるように、用語「通信する」、「連結された」、「結合する」、およびそれらのその他の変更形態は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、光学的接続、通信接続、機能的接続、および／またはその他の接続を包含することが意図されている。
【００６７】
[0060]当業者は、本発明の根本原理から逸脱せずに、上記の実施形態の細目に対して多くの変更が行われ得ることを認識されるであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるものとする。
【符号の説明】
【００６８】
１００  車両
１０２  ＰＥＭＦＣシステム
１０４  ＰＥＭＦＣスタック
１０６  カソード入力ライン
１０８  圧縮機
１１０  水蒸気移送ユニット
１１４  背圧弁
１１６  圧力センサ
１１８  圧力センサ
１２０  アノード排ガスライン
１２２  アノード入力ライン
１２４  水素源
１２６  アノード再循環ライン
１２８  バルブ
１３４  圧力センサ
１３６  制御システム
２００  方法の概念図
２０２  時間
２０４  圧力
２０６  動作モード
２０８  動作モード
２１２  動作モード
２１４  アノードサブシステム
２１６  カソードサブシステム
２１８  電流密度
２２０  ステップ
２２２  ステップ
２２４  ステップ
２２６  ステップ
２２８  ステップ
２３０  ステップ
３０２  時間
３０４  リーク流量
３０６  時点
３０８  時点
３１０  リーク流量信号
４００  方法
【図１】
2016127029.tif 000008
【図２】
2016127029.tif 000009
【図３】
2016127029.tif 000010
【図４】
2016127029.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月4日(2016.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本開示は、燃料電池システムのリークを検出し検証するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、限定することなく、本開示は、燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検出し検証するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[002]乗用車は、車両の電気システムおよびドライブトレインシステムのある機構に電力を供給するために燃料電池（「ＦＣ：ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ」）システムを含むことがある。例えば、ＦＣシステムは、車両の電気的なドライブトレイン構成要素に電力を（例えば、電気駆動モータなどを使用して）直接および／または中間の電池システムを介して供給するために、車両において利用されることがある。水素は、ＦＣシステムにおいて使用されることがある１つの可能性のある燃料である。水素は、ＦＣシステムにおいて電気を効率的に生成するために使用することができるクリーンな燃料である。水素ＦＣシステムは、アノードとカソード間に電解質を含むことがある電気化学装置である。アノードは、水素ガスを受け取り、カソードは、酸素または空気を受け取る。水素ガスは、アノードで解離され自由水素プロトンおよび電子を生成する。水素プロトンは、電解質を横切って選択的に伝導することができる。アノードからの電子は、電解質を通過することができず、したがって、負荷に導かれ、カソードに送られる前に仕事を行う。水素プロトンは、カソード中の酸素および電子と反応して水を生成する。
【０００３】
[003]プロトン交換膜燃料電池（「ＰＥＭＦＣ：Ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ」）は、ＦＣを動力源とする車両において使用されることがある。ＰＥＭＦＣは、一般にペルフルオロスルホン酸膜などの固体高分子電解質プロトン伝導膜を含む。ＰＥＭＦＣに含まれるアノードおよびカソードは、カーボン粒子上に支持され、イオノマーと混合された微粉触媒粒子（例えば、白金粒子）を含むことができる。触媒混合物を膜の両側に堆積させることができる。
【０００４】
[004]アノードサブシステムからのリークを識別し軽減する能力は、持続的なＰＥＭＦＣシステムの性能およびある排ガス規制要求事項の遵守を達成する際に考慮すべき点である。特に、アノードサブシステムにおける水素（「Ｈ２」）リークは、とりわけＰＥＭＦＣシステム全体の効率を低下させ、および／またはＨ２排出濃度を増加させる可能性がある。規制要求事項は、とりわけ、アノードサブシステムからＨ２が失われる場合に、確実にある反応的および／もしくは軽減措置を講じるために、ならびに／または誤リーク検出の発生を低減させるために、ＰＥＭＦＣシステムにおけるＨ２リークの正確な識別を必要とすることがある。しかしながら、ＰＥＭＦＣリークを識別するための従来の手法は、ＰＥＭＦＣ作動時間中のリークを識別することに限定される場合があり、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリークおよび／またはリークの位置を十分な精度で識別し検証するのに、適切なアノードＨ２流量データを利用することができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[005]本明細書に示されたシステムおよび方法は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークの識別に関連して利用され得る。より詳細には、開示されたシステムおよび方法の実施形態は、ＰＥＭＦＣシステムにおけるＨ２リークの識別および検証に関連して利用され得る。一部の実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、アノード区画およびカソード区画を含むことができる。本明細書で使用されるように、ＰＥＭＦＣシステムは、単一のセルを含んでもよく、あるいはスタック構成で配置された複数のセルを含んでもよい。ＦＣスタックは、典型的には、圧縮機によってスタックを通って強制的に流される空気の流れであるカソード入力ガスを受け取ることができる。スタックによって消費されない酸素および／または空気の一部は、スタック副産物として水を含むことがあるカソード排気ガスとして出力されてもよい。また、ＦＣスタックは、スタックのアノード側に流れ込むアノードＨ２入力ガスを受け取る。
【０００６】
[006]ＦＣスタックは、いくつかの膜電極接合体（例えば、アノード触媒混合物、カソード触媒混合物、および膜の接合体）間に位置する一連のバイポーラプレートを含むことができる。バイポーラプレートは、スタック内の隣接したＦＣに対するアノード側およびカソード側を含む。アノードガス流チャネルは、アノード反応性ガスがそれぞれの膜電極接合体に流れることができるようにするバイポーラプレートのアノード側に設けられてもよい。カソードガス流チャネルは、カソード反応性ガスがそれぞれの膜電極接合体に流れることができるようにするバイポーラプレートのカソード側に設けられてもよい。一方のエンドプレートは、アノードガス流チャネルを含んでもよく、もう一方のエンドプレートは、カソードガス流チャネルを含んでもよい。バイポーラプレートおよびエンドプレートは、ステンレス鋼または導電性複合材料などの導電性材料から作られてもよい。エンドプレートは、ＦＣによって生成された電気をスタックの外に導くことができる。また、バイポーラプレートは、冷却流体が流れることができる流路をさらに含むことができる。
【０００７】
[007]ある実施形態では、ＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークを検証する方法は、アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップを含むことができる。ＦＣシステムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度は、基準レベルに調整されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量が測定され得る。
【０００８】
[008]複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルで得られた、複数の測定リーク流量は、第２の測定リーク流量と比較されてもよい。例えば、一部の実施形態では、アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が第２の測定リーク流量を上回ると判定されてもよい。次いで、アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が第２の測定された流量および第３の測定リーク流量を下回ると判定されてもよい。複数の測定リーク流量と第２の測定リーク流量との比較に基づいて、リークが識別され得る。
【０００９】
[009]一部の実施形態では、本方法は、ＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するステップをさらに含むことができる。例えば、ある実施形態では、ＦＣシステムのカソードサブシステムにおける圧力を増加させることができる。カソードサブシステムにおける圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量が測定されてもよい。第５の測定リーク流量が第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定されてもよく、この判定に基づいて、カソードサブシステムにおけるリーク位置が識別され得る。さらなる実施形態では、第５の測定リーク流量が第２の測定リーク流量を上回ると判定されてもよく、この判定に基づいて、アノードサブシステムにおけるリーク位置が識別され得る。
【００１０】
[0010]さらなる実施形態では、本方法は、識別されたリークを確認するステップ、および／またはその他の方法で検証するステップをさらに含むことができる。例えば、ＦＣシステムの遮断動作中のアノードサブシステムの圧力減衰率がモニタされてもよい。識別されたリークは、減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いという判定に基づいて確認され、および／またはその他の方法で検証されてもよい。
【００１１】
[0011]さらなる実施形態では、本方法は、ＦＣシステムへの損傷を軽減するために、リークの識別に応答して少なくとも１つの保護措置を実施するステップを含むことができる。例えば、リークの識別に応答して、ＦＣシステムにおいて遮断動作が開始されてもよい。さらなる実施形態では、ＦＣシステムにおける水素の注入を、リークの識別に応答して直ちに終了させることができる。
【００１２】
[0012]ある実施形態では、前述の方法は、少なくとも一部は、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた電子機器を制御することによって行われても、および／または関連付けられた実行命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を使用して実施されてもよい。
【００１３】
[0013]本開示の様々な実施形態を含む、本開示の非限定的および非排他的な実施形態について、図を参照して説明する。
【００１４】
なお、本明細書には、以下の態様が記載されている。
（態様１）
燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検証するための方法であって、
前記アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップと、
前記燃料電池システムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を前記基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量を測定するステップと、
複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた複数の測定リーク流量を前記第２の測定リーク流量と比較するステップと、
前記比較に基づいてリークを識別するステップと、
を含む方法。
（態様２）
前記複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた前記複数の測定リーク流量を比較するステップが、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量を超えると判定するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が前記第２の測定された流量および第３の測定リーク流量よりも小さいと判定するステップと、
をさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記燃料電池システムにおけるリーク位置を識別するステップをさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別すステップが、
前記燃料電池システムの前記カソードサブシステムにおいて圧力を増加させるステップと、
前記カソードサブシステムにおいて前記圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量を測定するステップと、
を含む、態様３に記載の方法。
（態様５）
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記カソードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、態様４に記載の方法。
（態様６）
前記燃料電池システムにおいて前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量よりも高いと判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記アノードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、態様４に記載の方法。
（態様７）
前記識別されたリークを確認するステップをさらに含み、前記確認するステップが、
前記燃料電池システムの遮断動作中に前記アノードサブシステムの圧力減衰率をモニタするステップと、
前記減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いと判定するステップと、
少なくとも一部は前記判定に基づいて、前記識別されたリークを確認するステップと、を含む、態様１に記載の方法。
（態様８）
前記燃料電池システムに対する損傷を軽減するために、前記リークを識別する前記ステップに応答して、少なくとも１つの保護措置を実施するステップをさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様９）
前記保護措置が、前記燃料電池システムの遮断動作を開始するステップを含む、態様８に記載の方法。
（態様１０）
前記保護措置が、前記燃料電池システムにおける水素の注入を終了させるステップを含む、態様８に記載の方法。
（態様１１）
プロセッサによって実行する場合に、燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検証する方法を前記プロセッサに行わせる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記方法が、
前記アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップと、
前記燃料電池システムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を前記基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量を測定するステップと、
複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた複数の測定リーク流量を前記第２の測定リーク流量と比較するステップと、
前記比較に基づいてリークを識別するステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１２）
前記複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた前記複数の測定リーク流量を比較するステップが、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量を超えると判定するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が前記第２の測定された流量および第３の測定リーク流量よりも小さいと判定するステップと、
をさらに含む、態様１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１３）
前記方法が、
前記燃料電池システムにおけるリーク位置を識別するステップ、
をさらに含む、態様１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１４）
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記燃料電池システムの前記カソードサブシステムにおいて圧力を増加させるステップと、
前記カソードサブシステムにおいて前記圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量を測定するステップと、
を含む、態様１３に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１５）
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記カソードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、態様１４に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１６）
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量よりも高いと判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記アノードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、態様１４に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１７）
前記方法が、
前記識別されたリークを確認するステップをさらに含み、前記確認するステップが、
前記燃料電池システムの遮断動作中に前記アノードサブシステムの圧力減衰率をモニタするステップと、
前記減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いと判定するステップと、
少なくとも一部は前記判定に基づいて、前記識別されたリークを確認するステップと、
を含む、態様１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１８）
前記方法が、前記燃料電池システムに対する損傷を軽減するために、前記リークを識別するステップに応答して、少なくとも１つの保護措置を実施するステップをさらに含む、態様１１に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様１９）
前記保護措置が、前記燃料電池システムの遮断動作を開始するステップを含む、態様１８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
（態様２０）
前記保護措置が、前記燃料電池システムにおける水素の注入を終了させるステップを含む、態様１８に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】[0014]本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムの図である。
【図２】[0015]本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのリークを検出するおよび検証するための方法の概念図である。
【図３】[0016]本明細書に開示された実施形態と整合するシミュレートされたアノードリーク事象中のある時間にわたるリーク流量の例示的な推定値を示すグラフである。
【図４】[0017]本明細書に開示されて実施形態と整合するＦＣシステムのリークを検出するおよび検証する例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0018]本開示の実施形態と整合するシステムおよび方法の詳細な説明が以下で提供される。いくつかの実施形態について記載されるが、本開示は、いかなる一実施形態にも限定されず、代わりに、多数の代替形態、変更形態、および均等形態を包含することを理解されたい。加えて、本明細書に開示された実施形態についての完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が以下の説明で述べられるが、一部の実施形態は、これらの詳細の一部またはすべてなしに実行されてもよい。さらに、明瞭にする目的で、従来技術において知られているある技術的な材料は、本開示を不必要に不明瞭にしないようにするために詳細には記載されていない。
【００１７】
[0019]本開示の実施形態は、同様の部分が同様の数字によって指定されることがある図面を参照することによって最もよく理解されるであろう。本明細書の図において一般的に記載され図示されるような、開示された実施形態の構成要素は、種々様々の異なる構成で配置され、設計されることがある。したがって、本開示のシステムおよび方法の実施形態についての以下の詳細な説明は、特許請求されるような本開示の範囲を限定することは意図されておらず、本開示の可能な実施形態を単に表現しているにすぎない。加えて、方法の各ステップは、必ずしもいかなる特定の順番でも、または連続的にでさえ実行される必要はなく、あるいは各ステップは、別段の定めがない限り一度だけ実行される必要もない。
【００１８】
[0020]本明細書で提供されるシステムおよび方法は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるＨ２のリークを検出する、検証する、および／または管理することに関連して利用され得る。ある実施形態では、Ｈ２リークおよび／またはそのようなリークの位置を少なくとも一部は流量データに基づいて識別し検証するために、適切なＨ２流量データを得ることができるように、様々なＦＣスタック設定点が調整されてもよい。一部の実施形態では、そのようなＨ２流量データは、様々な動作条件ならびに／またはモード（例えば、ＦＣスタックの作動、アイドル／スタンバイおよび／もしくは遮断モード）の下で、あるＰＥＭＦＣシステム動作パラメータ（例えば、システム圧力および／もしくはパワーレベル）を調整し、そのような様々な動作条件の下で流量データ測定することによって得られてもよい。
【００１９】
[0021]図１は、本明細書に開示された実施形態と整合する車両１００に含まれるＰＥＭＦＣシステム１０２の図を示す。車両１００は、自動車両、海洋車両、航空機、および／またはその他のタイプの車両であってもよく、本明細書に開示されたシステムおよび方法を組み込むための任意の適切なタイプのドライブトレインを含むことができる。開示されたシステムおよび方法のさらなる実施形態は、例えば、固定されたＦＣシステム（例えば、発電機）を含む、その他のタイプのＦＣシステムに関連して利用されてもよい。図示されるように、車両１００は、車両１００のある構成要素に電力を提供するように構成されたＰＥＭＦＣシステム１０２を含むことができる。例えば、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、車両１００の電気的なドライブトレイン構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。
【００２０】
[0022]一部の実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、電気的なドライブトレイン構成要素に直接電力を提供するように構成されてもよい。ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、中間の電池装置（図示せず）を介して電気的なドライブトレイン構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。さらなる実施形態では、ＰＥＭＦＣシステム１０２は、例えば、電気冷却液ポンプ、照明システム、オーディオシステムなどを含む、様々な車両１００システムに電気エネルギーを供給する低電圧電池システム（例えば、１２Ｖの自動車鉛蓄電池）を含む、１つまたは複数の他の蓄電池システムに電力を提供するように構成されてもよい。
【００２１】
[0023]ＰＥＭＦＣシステム１０２は、単一のセル、またはＰＥＭＦＣスタック１０４構成で配置された複数のセルを含んでもよく、あるＰＥＭＦＣシステム要素および／または上記の機構を含んでもよい。ＦＣスタック１０４は、アノード側およびカソード側を含むことができる。圧縮機１０８は、カソード入力空気を湿らす水蒸気移送（「ＷＶＴ：ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ」）ユニット１１０を介してカソード入力ライン１０６上のＦＣスタック１０４のカソード側に空気流を提供することができる。カソード排気ガスは、背圧弁１１４を通ってカソード排ガスライン１１２を介してＦＣスタック１０４から出力されてもよい。圧力センサ１１６は、カソード排ガスライン１１２の圧力を測定することができる。
【００２２】
[0024]ＦＣスタック１０４のアノード側は、アノード入力ライン１２２上の水素源１２４から水素ガスを受け取り、アノード再循環ライン１２６にアノード再循環ガスを提供することができる。スタック１０４のアノード側でのガスのパージまたは抽気が望まれる場合、アノード排気ガスは、アノード排ガスライン１２０に設けられてもよいバルブ１２８を通ってカソードライン１０６内へ抽気されてもよい。圧力センサ１３４は、ＦＣスタック１０４のアノード側の圧力を測定するために、アノード再循環ライン１２６などのアノードサブシステム内の場所に設けられてもよい。
【００２３】
[0025]ＰＥＭＦＣシステム１０２ならびに／または関連付けられたシステムおよび／もしくは構成要素は、関連付けられた制御システム１３６と通信可能に結合されてもよい。制御システムは、ＰＥＭＦＣシステム１０２ならびに／または関連付けられたシステムおよび／もしくは構成要素のある動作をモニタし制御するように構成されてもよい。例えば、数ある動作の中でもとりわけ、制御システム１３６は、圧力センサ１１６、１１８、１３４から圧力情報信号を受け取ることができ、少なくとも一部はそのような情報に基づいてＦＣスタック１０４の様々な動作を制御する。例えば、制御システム１３６は、ＰＥＭＦＣシステム１０２の起動、遮断、充電、放電をモニタおよび制御し、ならびに／またはその動作を診断するように構成されてもよい。ある実施形態では、制御システム１３６は、ＰＥＭＦＣシステム１０２におけるリークを検出するおよび／もしくはその他の方法で検証する、あるいは／または開示されたシステムおよび方法の実施形態のいずれかを実施するように構成されてもよい。
【００２４】
[0026]図２は、本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークを検出するおよび検証する方法の概念図２００を示す。ある環境では、アノードサブシステムにおけるＨ２リークに関連付けられたリーク流は、関連付けられたインジェクターが点火していない場合に、アノードサブシステムの圧力減衰をモニタすることから得られる情報に基づいて（例えば、関連付けられた圧力センサなどから得られる測定値に基づいて）計算されてもよい。例えば、圧力の読み取り値は、インジェクター制御システムに関連付けられたパルスの立下りエッジの検出の後に記憶され始めてもよく、インジェクターが再び点火し始めるときに記憶を停止してもよい。そのような読み取り値に基づいて、アノードサブシステムの圧力減衰が判定され得る。
【００２５】
[0027]いくつかの圧力読み取り値サンプルは、少なくとも一部はＰＥＭＦＣシステムの電流密度に基づいて変わってもよく、比較的高い電流密度では、注入は、より頻繁であり、および／またはインジェクターは、比較的より長い期間アクティブである。より低い電流密度では、インジェクターは、比較的より短い期間点火し、それによって、比較的より長い減衰時間に、より多くの圧力読み取りが可能となる。インジェクターが再び点火を停止するときに、圧力データは、新しい読み取り値によって更新され得る。
【００２６】
[0028]様々な方法が、測定された圧力情報に基づいてアノードサブシステムからのリーク流量を求めるために使用されてもよい。例えば、リーク流量は、質量バランス法および／または圧力減衰法に基づいて求められてもよい。ある実施形態では、これらの方法は、次式に基づいてもよい。
【００２７】
【数１】
2016127029.tif 000012
【００２８】
ここで
【００２９】
【数２】
2016127029.tif 000013
【００３０】
はリーク流であり、
【００３１】
【数３】
2016127029.tif 000014
【００３２】
はインジェクター流であり、
【００３３】
【数４】
2016127029.tif 000015
【００３４】
はＨ２消費率であり、
【００３５】
【数５】
2016127029.tif 000016
【００３６】
はアノード圧力の変化による流量である。ある実施形態では、質量バランス法は、インジェクターのオフ時間が比較的より短い場合に、高電力動作条件で使用されることがある。圧力減衰法は、インジェクターのオフ時間が比較的より長い場合に、低消費電力動作条件で使用されることがある。
【００３７】
[0029]ある実施形態では、前述の方法を使用して得られる検出リーク流量に関連付けられた信号は、比較的ノイズが多く、リークがいつ初めに起こるかを判定するのが困難となる場合がある。また、検出リーク流量信号の正確さは、関連付けられた圧力および電流情報を得るために使用される圧力および電流センサの正確さに依存することがある。
【００３８】
[0030]本明細書に開示された実施形態と矛盾することなく、より正確なＨ２流量データは、様々な動作および／またはモード（例えば、ＦＣスタックの作動、アイドル／スタンバイ、および／もしくは遮断モード）の下であるＰＥＭＦＣシステムの動作パラメータならびに／または条件（例えば、システム圧力および／もしくは電力レベル）を調整すること、ならびにそのような様々な動作条件の下で流量データを測定することによって得られてもよい。例えば、ＦＣスタックの作動および／またはアイドル／スタンバイモード中にスタック動作条件が調整されてもよく、関連付けられた検出リーク流量信号の、結果として生じる応答がモニタされてもよい。ＦＣスタック遮断モード中に、インジェクターがオフのときのアノードシステムの圧力の減衰率がモニタされてもよい。
【００３９】
[0031]図２の概念図２００に関連して示される方法は、前述のシステムおよび方法の実施形態を実施することができる。図示される概念図２００は、様々な動作モード（例えば、作動２０６、スタンバイ／アイドル２０８、遮断２１２）中にカソードサブシステム２１６およびアノードサブシステム２１４のある時間２０２にわたる測定された圧力２０４（例えば、ｋＰａを単位として測定された）を示す。例示的な電流密度２１８も様々な測定された圧力２１４、２１６に関連して示されている。本方法は、いくつかのステップ２２０〜２３０を含むことができ、各ステップがＰＥＭＦＣシステムの動作モード２０６、２０８および２１２に関連付けられている。例えば、ステップ２２０〜２２４および２２８は、ＰＥＭＦＣシステムの作動モード２０６に関連付けられてもよく、ステップ２２６は、ＰＥＭＦＣシステムのスタンバイ／アイドルモード２０８に関連付けられてもよく、ステップ２３０は、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード２１２に関連付けられてもよい。一部の実施形態では、スタンバイ／アイドルモード２０８は、ＰＥＭＦＣシステムが比較的低い電流密度で動作している、作動モード２０６のサブセット動作モードであってもよい。
【００４０】
[0032]ステップ２２０では、リーク流量は、リーク流量信号を発生させる、アノードサブシステム圧力の変化に基づいて、連続的に計算されてもよい。リーク流量信号レベルが第１のしきい値を超え、アノードバルブがすべて閉じられている場合、疑わしいアノードサブシステムリークが識別され得る。疑わしいアノードサブシステムリークは、リークが、アノードバルブが吸引され開いているためである場合に生じることがあるように、すべてのアノードバルブが開いた状態で第２のしきい値を超えるリーク流量信号レベルに基づいて、同様に識別され得る。一旦疑わしいアノードサブシステムリークが検出されると、関連付けられたリーク流量信号レベルが記憶されてもよく、本明細書ではＬＡとして表示される。ＰＥＭＦＣシステムの電流密度およびアノード・カソード間圧力バイアスも記憶されてもよい。
【００４１】
[0033]リーク流量ＬＡがステップ２２２で記憶された後、電流密度２１８に対する設定点およびアノード・カソード間圧力バイアスがある設定レベルに調整されてもよい。例えば、電流密度２１８は、０．０３Ａ／ｃｍ２に設定されてもよく、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに調整されてもよいが、他の設定レベルも本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。これらの条件の下で、ＬＢとして本明細書に表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。ある実施形態では、利用される設定点は、アノードサブシステムにおけるＨ２リークをエミュレートするように設計されたリーク特性評価試験に基づいて識別されてもよく、リーク信号を比較するための基準条件を表すことができる。
【００４２】
[0034]ステップ２２４では、アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａから４０ｋＰａに調整され得るが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。増加させた後に、本明細書ではＬＣ１として表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを増加させることによって、アノード圧力およびリーク流量が増加するはずであり、このことは、ＬＣ１をＬＢと比較することによって確認され得る。
【００４３】
[0035]アノード・カソード間圧力バイアスの増加に続いて、アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、４０ｋＰａから１０ｋＰａに調整され得るが、他の減少も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。減少させた後に、本明細書ではＬＣ２として表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることによって、アノード圧力およびリーク流量が減少するはずであり、このことは、ＬＣ２をＬＢと比較することによって確認され得る。同様に、ＬＣ２は、ＬＣ１と比較されてもよい。アノードサブシステムにおけるリークの場合には、ＬＣ１は、ＬＣ２よりも大きいはずである。
【００４４】
[0036]ステップ２２６では、ＰＥＭＦＣシステムがスタンバイ／アイドル動作モード２０８に設定されてもよい。インジェクターが比較的低周波で点火することがある、スタンバイ／アイドル動作モード２０８条件中に、より多くのサンプル点がアノードサブシステム内の圧力減衰を計算するのに利用可能である可能性がある。とりわけ、これらの追加のサンプル点によってより正確なリーク流量判定が可能となる。加えて、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよく、異常なモニタされた減衰率は、アノードサブシステムにおける疑わしいリークを検証するために利用され得る。本明細書ではＬＤとして表示されたリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。加えて、本明細書ではｄＬＤとして表示されたリーク流量信号レベルの変化率も記憶されてもよい。
【００４５】
[0037]ある実施形態では、リーク流量信号レベルの変化率は、本明細書ではＫＥとして表示されるしきい値減衰率と比較されてもよい。しきい値減衰率は、様々な方法で求められてもよい。例えば、一部の実施形態では、しきい値減衰率は、許容できるリーク検出検証性能を達成するように較正された減衰率を含むことができる。ある実施形態では、しきい値減衰率は、ＰＥＭＦＣシステムの名目上の減衰率を求めるためにＰＥＭＦＣシステム（例えば、リークのないシステム）の試験および／または特性評価に基づいて求められてもよい。
【００４６】
[0038]ステップ２２８では、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置が決定され得る。ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムが作動動作モード２０６に設定されていることがある間に、この決定が行われ得る。ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するために、カソード圧力を増加させることができる。アノード・カソード間圧力バイアスは、維持されてもよい。例えば、カソード圧力を１５０ｋＰａに増加させることができるが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよく、一方でアノード・カソード間圧力バイアスは２０ｋＰａに維持されていてもよい。増加させた後に、本明細書ではＬＥとして表示された新しいリーク流量信号レベルが記憶されてもよい。アノード・カソード間圧力バイアスを維持し、カソード圧力を増加させることによって、リーク流量信号レベルが一定（すなわち、ＬＥ＝ＬＢ）に留まる場合は、リークは、カソードサブシステムに位置すると判定され得る。リーク流量信号レベルが増加する（すなわち、ＬＥ＞ＬＢ）場合は、リーク位置は、アノードサブシステムからのオーバーボードリーク（例えば、限定することなく、ＰＥＭＦＣシステムのプレート封止のリーク、水素インジェクターのリーク、水素供給ラインのリークなどによって引き起こされるような周囲の環境へのリーク）の可能性がある。
【００４７】
[0039]一部の実施形態では、リークは、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード２１２中にアノードサブシステムの圧力の減衰率をモニタすることによって、ステップ２３０で確認され得る。本明細書ではｄＬＦとして表示されたアノードサブシステムの圧力の減衰率がしきい値減衰率よりも速い場合は、リークがＰＥＭＦＣシステムにおいて確認され得る（すなわち、しきい値減衰率未満の名目上の減衰率は、リークに関連付けられない場合があるが、しきい値を超えるより速い減衰率は、Ｈ２リークがより速い圧力低下を引き起こすといった異常状態に関連付けられ得る）。アノードサブシステムの圧力の減衰率がしきい値減衰率よりも遅い場合は、リークは、ＰＥＭＦＣシステムにおいて確認されなくてもよい。
【００４８】
[0040]ある実施形態では、ステップ２２０〜２２８は、比較的短い期間（例えば、１秒以下）で行われてもよい。ある実施形態では、そのような期間によってより重大なリークに起因する損傷が始まる前にリークを識別するおよび／または確認することができる。
【００４９】
[0041]本発明の範囲内で図２に関連して提示された概念に対して多くの変形を行うことができることを認識されるであろう。例えば、限定することなく、一部の実施形態では、ステップ２２０〜２３０の一部またはすべては、異なる順番でおよび／または異なる動作モード２０６〜２１２中に行われてもよい。したがって、図２は、限定ではなく、例示および説明の目的のために提供されていることを認識されるであろう。
【００５０】
[0042]図３は、本明細書に開示された実施形態と整合するアノードリーク事象中の（例えば、秒を単位として測定された）ある時間３０２にわたる（例えば、モル／秒を単位として測定された）リーク流量３０４の例示的な推定値を示すグラフ３００を示す。特に、グラフ３００は、シミュレートされたリークが時点３０６で始まり、時点３０８で終了する間の例示的な検出されたリーク流量信号３１０を示す。グラフ３００に関連して示されるように、検出されたリーク流量信号３１０は、シミュレートされたリークの開始後に（すなわち、時点３０６の後に）増加し、シミュレートされたリークの終了後に（すなわち、時点３０８の後に）減少すること示す。本明細書に開示された実施形態と整合して、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるリークは、少なくとも一部は、そのようなリーク流量信号に基づいて検証されてもよい。
【００５１】
[0043]図４は、本明細書に開示された実施形態と整合するＰＥＭＦＣシステムのリークを検出するための例示的な方法４００の流れ図を示す。図示される方法４００は、少なくとも一部は、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた制御システム、ならびに／または１つまたは複数のバルブ、圧力調整器および／もしくはセンサ、電流センサ（例えば、電流密度センサ）、流量センサなどを使用して行われてもよいが、他の適切なシステムおよび／またはシステムの組合せも利用されてもよい。
【００５２】
[0044]本方法４００は、４０２から開始することができる。ある実施形態では、方法４００は、作動動作モードに入るＰＥＭＦＣに基づいて開始してもよい。そのような動作モードの下で、アノードサブシステムの圧力情報が連続的におよび／または周期的にモニタされ、（例えば、式１などに基づいて）本明細書に開示された実施形態と整合する疑わしいリークを識別および／または検証する。
【００５３】
[0045]４０４で、アノードサブシステムの圧力情報が受け取られてもよい。ある実施形態では、アノードサブシステムの圧力情報は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムに関連付けられた１つまたは複数の圧力センサから受け取られてもよい。リーク流量は、少なくとも一部は、リーク流量信号を発生させる、アノードサブシステムの圧力情報に基づいて、４０６で計算されてもよい。
【００５４】
[0046]リーク流量信号がリーク流量しきい値を超えるかどうかに関して４０８で判定が行われてもよい。ある実施形態では、リーク流量しきい値は、ＰＥＭＦＣシステムのアノードサブシステムにおけるシミュレートされたオーバーボードリークを試験するおよび／またはその他の方法で特性評価することに基づいて（例えば、リーク検出試験により）判定されてもよい。一部の実施形態では、しきい値は、ＰＥＭＦＣシステムにおけるオーバーボードリークを検出するために最小検出可能信号しきい値を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、関連付けられた流量信号が検出しきい値（例えば、最小の検出しきい値）に達するまで、シミュレートされたオーバーボードリークの制御された流量を低減させることができる。次いで、そのようなしきい値が開示された実施形態に関連してリーク流量しきい値として利用されてもよい。リーク流量信号がリーク流量しきい値を超える場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４１０に進むことができる。リーク流量信号がリーク流量しきい値を超えない場合は、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００５５】
[0047]４１０で、４０８での判定において使用された信号レベルに関連付けられた第１の流量信号レベルが記憶されてもよい。ＰＥＭＦＣシステムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度は、４１２で、ある設定レベルに調整されてもよい。例えば、ある実施形態では、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに設定されてもよく、電流密度は、０．０３Ａ／ｃｍ２に設定されてもよいが、他の設定レベルが本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。ある実施形態では、設定レベルは、アノードサブシステムにおけるＨ２リークをエミュレートするように設計されたリーク特性評価試験に基づいて、識別されてもよく、リーク信号を比較するための基準条件を表すことができる。
【００５６】
[0048]４１２での調整の後に生じる信号レベルに関連付けられた第２の流量信号レベルが４１４で記憶されてもよい。第２の流量信号レベルを記憶した後に、アノード・カソード間圧力バイアスを４１６で増加させることができる。例えば、アノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａから４０ｋＰａに調整され得るが、他の増加も、本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。増加の後、第３の流量信号レベルが４１８で記憶されてもよい。
【００５７】
[0049]４２０で、第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも大きいかどうかに関して判定が行われてもよい。第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも小さい場合は、リークが疑われる可能性はなく、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。リークしている場合にアノード・カソード間圧力バイアスを増加させると、結果としてアノード圧力が増加し、リーク流量が増加する可能性がある。したがって、第３の流量信号レベルが第２の流量信号レベルよりも大きい場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４２２に進むことができる。
【００５８】
[0050]４２２でアノード・カソード間圧力バイアスを減少させることができる。例えばアノード・カソード間圧力バイアスは、４０ｋＰａから１０ｋＰａに調整され得るが、他の減少も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよい。減少の後、第４の流量信号レベルが４２４で記憶されてもよい。
【００５９】
[0051]４２６で、第４の流量信号レベルが第２の流量信号レベルおよび第３の流量信号レベルと比較され、第４の流量信号レベルが第２および第３の信号レベルよりも大きいかどうかを判定することができる。アノード・カソード間圧力バイアスを減少させることによって、アノード圧力およびリーク流量が減少するはずである。したがって、第２および第３の流量信号レベルが第４の流量信号レベルよりも大きい場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４２８に進むことができる。さもなければ、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００６０】
[0052]ＰＥＭＦＣシステムは、４２８でスタンバイ／アイドル動作モードに設定されてもよく、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよい。そのような動作モード中に、ＰＥＭＦＣシステムのインジェクターは、比較的低周波で点火することができ、それによってアノードサブシステム内部の圧力減衰のモニタに関連してより多くのサンプル点を使用することが可能となる。４３０で、モニタされた圧力減衰率は、圧力減衰率しきい値（例えば、システムの試験および／または特性評価などによって得られた名目上の減衰率に関連付けられたしきい値）と比較されてもよい。モニタされた圧力減衰率が圧力減衰率しきい値を超える場合は、リークが疑われる可能性があり、方法４００は、４３２に進むことができる。さもなければ、方法４００は、次に進んで４２２で終了することができる。
【００６１】
[0053]４３２で、ＰＥＭＦＣシステムにおけるリーク位置を識別するために、ＰＥＭＦＣシステムは、動作モードに設定されてもよく、カソードサブシステムの圧力を増加させることができ、アノード・カソード間圧力バイアスは、維持されてもよい。例えば、カソード圧力を１５０ｋＰａに増加させることができるが、他の増加も本明細書に開示された実施形態に関連して利用されてもよく、一方でアノード・カソード間圧力バイアスは、２０ｋＰａに維持されてもよい。
【００６２】
[0054]増加の後に、４３４でリーク流量が、一定かどうかが判定されてもよい。リーク流量が一定の場合、リーク位置がカソードサブシステム内にあると判定され得て、方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。リーク流量が増加する場合は、リークがアノードサブシステムおよび／またはオーバーボード位置にあると判定され得て、方法４００は、４３６に進むことができる。
【００６３】
[0055]４３６で、アノードサブシステムにおける圧力減衰率がモニタされてもよい。ある実施形態では、この圧力減衰率は、ＰＥＭＦＣシステムの遮断モード中にモニタされてもよい。４３８で、圧力減衰率は、基準しきい値減衰率と比較されてもよい。ある実施形態では、しきい値減衰率は、名目上の減衰率を識別するためにＰＥＭＦＣシステムの試験および／または特性評価に基づいて決定されてもよい。圧力減衰率がしきい値減衰率よりも速くない場合は、リークが確認される可能性はなく、方法４００は、次に進んで４２２で終了することができる。しかしながら、圧力減衰率がしきい値減衰率よりも速い場合は、方法４００は、４４０に進むことができ、リークがアノードサブシステムにおいて確認される可能性があり、ＰＥＭＦＣは、１つまたは複数の保護措置（例えばシステムに対する損傷を防ぐ措置）に関与することができる。例えば、ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、遮断モードに切り替えられてもよく、他の動作の中でもとりわけ、空気がＰＥＭＦＣスタックに送り込まれてもよい。さらなる実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムは、急停止（例えば、作動モードから停止モードへの急速遷移）に関与することができ、それによってＰＥＭＦＣシステムにおける水素注入を速やかに終了することができる。方法４００は、次に進んで４４２で終了することができる。
【００６４】
[0056]本明細書に開示されたあるシステムおよび方法は、少なくとも一部は１つまたは複数のコンピュータシステムを使用して実施されてもよい。例えば、ある実施形態では、ＰＥＭＦＣシステムに関連付けられた制御システムは、少なくとも一部は１つまたは複数のコンピュータシステムを使用して実施されてもよい。本明細書に開示されたシステムおよび方法は、いかなる特定のコンピュータまたは他の装置とも本質的に関係がなく、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの適切な組合せによって実施されてもよい。ソフトウェアの実施態様は、プロセッサによって実行されたとき、少なくとも一部は実行命令によって規定された方法をプロセッサに行わせることができる実行可能コード／命令を備える１つまたは複数のコンピュータプログラムを含んでもよい。コンピュータプログラムは、コンパイラ型またはインタープリタ型言語を含む、プログラミング言語の任意の形態で書かれてもよく、独立型プログラム、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、あるいはコンピュータ環境で使用するのに適した他のユニットを含む任意の形態で展開されてもよい。さらに、コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、あるいは１つのサイトの、または複数のサイトにまたがって分散され通信網によって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開されてもよい。ソフトウェアの実施形態は、プロセッサによって実行されたとき、命令に従って方法をプロセッサに行わせるように構成されたコンピュータプログラムおよび命令を記憶するように構成された非一時的記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品として実施されてもよい。ある実施形態では、非一時的記憶媒体は、非一時的記憶媒体上にプロセッサ可読命令を記憶することができるいかなる形態もとることができる。非一時的記憶媒体は、コンパクトディスク、ディジタルビデオティスク、磁気テープ、ベルヌーイ駆動装置、磁気ディスク、パンチカード、フラッシュメモリ、集積回路、またはその他の非一時的ディジタル処理装置メモリデバイスによって具現化されてもよい。
【００６５】
[0057]前述の事項は、明瞭にするために多少詳細に記載されたが、ある変更および変形が前述の原理から逸脱せずに行われてもよいことは明らかであろう。例えば、ある実施形態では、本明細書に開示されたシステムおよび方法は、車両に含まれないＦＣシステムにおいて（例えば、バックアップ電源などで）利用されてもよい。本明細書に記載されたプロセスおよびシステムの両方を実施する多くの代替方法があることに留意されたい。したがって、本実施形態は、限定ではなく例示であると考えられるべきであり、本発明は、本明細書で示された細目に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲および均等物の範囲内で修正されてもよい。
【００６６】
[0058]前述の明細書は、様々な実施形態を参照して記載された。しかしながら、当業者は、本開示の範囲から逸脱せずに様々な修正および変更が行われ得ることを認識されるであろう。例えば、様々な動作ステップ、ならびに動作ステップを実行するための構成要素は、特定の用途に応じてまたはシステムの動作に関連付けられた任意の数の費用関数を考慮して代替の方法で実施されてもよい。したがって、ステップの１つまたは複数のいずれも、削除されても、修正されても、他のステップと組み合わされてよい。さらに、本開示は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきであり、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。同様に、恩恵、他の利点、および問題の解決策について、様々な実施形態に関して上で記載された。しかしながら、すべての恩恵、利点、もしくは解決策をもたらす、またはより明白にすることができる恩恵、利点、問題の解決策、およびいかなる要素（複数可）も、重要な、必要な、または本質的な特徴もしくは要素として解釈されるべきではない。
【００６７】
[0059]本明細書で使用されるように、用語「備える」および「含む」、ならびにそれらのその他の変形形態は、要素の一覧を含むプロセス、方法、物品、もしくは装置が、それらの要素のみを含まず、明示的に列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、システム、物品もしくは装置に固有の他の要素を含むことができるように、非排他的な含有物を包含することが意図されている。また、本明細書で使用されるように、用語「通信する」、「連結された」、「結合する」、およびそれらのその他の変更形態は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、光学的接続、通信接続、機能的接続、および／またはその他の接続を包含することが意図されている。
【００６８】
[0060]当業者は、本発明の根本原理から逸脱せずに、上記の実施形態の細目に対して多くの変更が行われ得ることを認識されるであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるものとする。
【符号の説明】
【００６９】
１００  車両
１０２  ＰＥＭＦＣシステム
１０４  ＰＥＭＦＣスタック
１０６  カソード入力ライン
１０８  圧縮機
１１０  水蒸気移送ユニット
１１４  背圧弁
１１６  圧力センサ
１１８  圧力センサ
１２０  アノード排ガスライン
１２２  アノード入力ライン
１２４  水素源
１２６  アノード再循環ライン
１２８  バルブ
１３４  圧力センサ
１３６  制御システム
２００  方法の概念図
２０２  時間
２０４  圧力
２０６  動作モード
２０８  動作モード
２１２  動作モード
２１４  アノードサブシステム
２１６  カソードサブシステム
２１８  電流密度
２２０  ステップ
２２２  ステップ
２２４  ステップ
２２６  ステップ
２２８  ステップ
２３０  ステップ
３０２  時間
３０４  リーク流量
３０６  時点
３０８  時点
３１０  リーク流量信号
４００  方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムのアノードサブシステムにおけるリークを検証するための方法であって、
前記アノードサブシステムにおける第１の測定リーク流量が第１の基準流量しきい値を超えると判定するステップと、
前記燃料電池システムのアノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を基準レベルに調整するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスおよび電流密度を前記基準レベルに調整した後に、第２の測定リーク流量を測定するステップと、
複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた複数の測定リーク流量を前記第２の測定リーク流量と比較するステップと、
前記比較に基づいてリークを識別するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記複数のアノード・カソード間圧力バイアスレベルにおいて得られた前記複数の測定リーク流量を比較するステップが、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを増加させた後に、第３の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量を超えると判定するステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させるステップと、
前記アノード・カソード間圧力バイアスを減少させた後に、第４の測定リーク流量が前記第２の測定された流量および第３の測定リーク流量よりも小さいと判定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃料電池システムにおけるリーク位置を識別するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別すステップが、
前記燃料電池システムの前記カソードサブシステムにおいて圧力を増加させるステップと、
前記カソードサブシステムにおいて前記圧力を増加させた後に、第５の測定リーク流量を測定するステップと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記燃料電池システムにおける前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量と実質的に同様であると判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記カソードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料電池システムにおいて前記リーク位置を識別するステップが、
前記第５の測定リーク流量が前記第２の測定リーク流量よりも高いと判定するステップと、
前記判定に基づいて、前記アノードサブシステムにおけるリーク位置を識別するステップと、
をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記識別されたリークを確認するステップをさらに含み、前記確認するステップが、
前記燃料電池システムの遮断動作中に前記アノードサブシステムの圧力減衰率をモニタするステップと、
前記減衰率が基準しきい値減衰率よりも速いと判定するステップと、
少なくとも一部は前記判定に基づいて、前記識別されたリークを確認するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムに対する損傷を軽減するために、前記リークを識別する前記ステップに応答して、少なくとも１つの保護措置を実施するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記保護措置が、前記燃料電池システムの遮断動作を開始するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記保護措置が、前記燃料電池システムにおける水素の注入を終了させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【外国語明細書】
2016127029000001.pdf