Движущийся объект, оборудованный топливными элементами, и способ управления ими (варианты)

Движущийся объект, оборудованный топливными элементами, и способ управления ими (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к движущемуся объекту, оборудованному топливными элементами, и, более конкретно, к технике, относящейся к движущемуся объекту, который оборудован топливными элементами и едет по покрытой водой дороге или находится в аналогичных условиях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Уже известны различные транспортные средства, оборудованные топливными элементами. В любом из этих транспортных средств электроэнергия, вырабатываемая топливными элементами, используется для привода двигателя. Выходная мощность двигателя используется для вращения ведущего вала и колес транспортного средства, таким образом перемещая транспортное средство. Транспортное средство имеет выхлопную трубу и выпускной патрубок для выпуска выхлопного газа из топливных элементов за пределы транспортного средства. Как и у обычных транспортных средств, движущихся с помощью двигателя внутреннего сгорания, выпускная труба обычно расположена ниже пола на заднем конце кузова транспортного средства (см., например, японский выложенный патент № 2002-289237). Такое устройство выпускной трубы позволяет выпускать выхлопные газы из топливных элементов и воду, образовавшуюся в ходе выработки энергии или в результате электрохимической реакции водорода с кислородом (далее выхлопные газы и полученная вода все вместе могут упоминаться как «выхлопной флюид»), непосредственно на поверхность дороги.

Однако во время движения обычного транспортного средства, оборудованного топливными элементами и имеющего конструкцию, раскрытую в японском выложенном патенте № 2002-289237, по покрытой водой дороге выпускная труба может быть забита водой или осадками, которые присутствуют на поверхности дороги, и препятствовать выпуску выхлопного газа. Это может привести к прекращению выработки электроэнергии топливными элементами и остановить дальнейшее движение транспортного средства. Вода или осадки, попадающие в выхлопную трубу, могут достигнуть внутренней части топливных элементов через трубопровод и вызвать повреждение или отказ в работе топливных элементов. Иными словами, в известном уровне техники нет никаких специальных мер для решения потенциальных проблем из-за забивки выхлопной трубы такими объектами, как вода или осадки, во время движения транспортного средства, оборудованного топливными элементами, по покрытой водой дороге.

Эта проблема обычно не имеет места в транспортных средствах, оборудованных топливными элементами, но часто возникает в любом из различных движущихся объектов, которые перемещаются за счет электроэнергии, произведенной топливными элементами как источниками питания. Типичные примеры таких движущихся объектов включают самолеты, катера и суда, так же как и некоторые наземные транспортные средства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, существует потребность в технических средствах, применимых к движущемуся объекту, который оборудован топливными элементами и перемещается по покрытой водой дороге или находится в аналогичных условиях.

Настоящее изобретение решает упомянутую выше задачу, по меньшей мере, частично. Согласно одному аспекту изобретение относится к движущемуся объекту, оборудованному топливными элементами. Движущийся объект имеет следующее оборудование: двигатель, работающий на электроэнергии, получаемой из топливных элементов; выхлопную трубу, предназначенную для вывода жидкости, выходящей из топливных элементов, за пределы движущегося объекта через выпускной патрубок; датчик, реагирующий на среду, окружающую движущийся объект; модуль принятия решений, предназначенный для определения наличия или отсутствия мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, на основе показаний датчика, и контроллер, который при обнаружении мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, прекращает выработку электроэнергии топливными элементами по команде модуля принятия решений. Мешающим объектом могут быть, например, вода на дороге; осадки: грязь, падающая сверху или поднятая с поверхности дорожного покрытия.

В этом аспекте изобретения, например, при движении объекта по покрытой водой дороге соответствующее устройство движущегося объекта определяет состояние окружающей среды и при обнаружении мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, на основе показаний датчиков, прекращает выработку энергии топливными элементами. Это устройство эффективно предотвращает повреждение или неисправность топливных элементов, установленных на движущемся объекте, который перемещается, например, по покрытой водой дороге.

Типичный пример движущегося объекта - транспортное средство. В этом случае указанный датчик может быть, например, датчиком уровня воды, предназначенным для наблюдения за уровнем воды как мешающим объектом, который присутствует в среде, окружающей транспортное средство, т.е. на поверхности дороги, по которой следует транспортное средство. В другом примере датчик может идентифицировать присутствие любого мешающего объекта на поверхности дороги, например, передать информацию о залитой водой дороге, полученную от информационного центра через сеть связи. В еще одном примере датчик может передавать изображение поверхности дороги с помощью камеры, установленной на транспортном средстве, и путем анализа полученного изображения после его обработки идентифицирует наличие любого мешающего объекта на поверхности дороги.

Положение выпускного патрубка на движущемся объекте известно. Например, модуль принятия решений может определить наличие или отсутствие воды на поверхности дороги, которая может попасть в выхлопную трубу через выпускной патрубок, используя данные датчика уровня воды.

В одном предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения движущийся объект дополнительно имеет следующее оборудование: вторую батарею, отличную от батареи топливных элементов, и переключатель, предназначенный для переключения источника энергии двигателя между выходом электроэнергии из топливных элементов и выходом электроэнергии от второй батареи. При наличии любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, управляет работой переключателя, чтобы переключить источник питания двигателя на выход электроэнергии от второй батареи. Даже в случае прекращения выработки энергии топливными элементами во время движения движущегося объекта, например, по покрытой водой дороге в ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, это устройство обеспечивает непрерывное движение транспортного средства, используя выходную мощность двигателя, который питается электроэнергией от второй батареи.

Согласно одному предпочтительному примеру осуществления изобретения выпускной патрубок или выхлопная труба движущегося объекта снабжены запорным клапаном. При обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, закрывает запорный клапан.

В случае прекращения выработки энергии топливными элементами, например, во время движения движущегося объекта по покрытой водой дороге жидкость, выходящая из топливных элементов, не вытекает из выпускного патрубка выхлопной трубы. Это увеличивает потенциальную опасность попадания жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок. В настоящем изобретении в этом случае запорный клапан закрывается и таким образом эффективно предотвращает попадание жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок.

Согласно другому предпочтительному примеру осуществления изобретения движущийся объект дополнительно снабжен устройством подачи воздуха, которое подает воздух с более высоким давлением, чем противодавление флюида в выхлопной трубе, направленное в сторону выхлопной трубы. При обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, направляет струю сжатого воздуха в выхлопную трубу. В случае прекращения выработки энергии топливными элементами в ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, это устройство увеличивает противодавление в выхлопной трубе и таким образом эффективно препятствует проникновению посторонних объектов в выхлопную трубу и предотвращает протекание жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок.

В одной предпочтительной конструкции движущегося объекта согласно данному изобретению топливные элементы снабжены устройством подачи окислительного газа, которое подает окислитель. Устройство подачи окислительного газа включает воздушный компрессор, который служит для сжатия воздуха, используемого как окислитель. Воздушный компрессор также используется как устройство подачи воздуха. Эта конструкция не требует отдельного воздушного компрессора, используемого для подачи воздуха в устройство подачи окислительного газа, и таким образом позволяет уменьшить размеры движущегося объекта.

В одном предпочтительном примере изобретения движущийся объект вышеописанной конструкции дополнительно имеет следующее оборудование: перепускной трубопровод, предназначенный для подачи воздуха, сжатого воздушным компрессором, в выхлопную трубу, обходя топливные элементы, и распределительный клапан, предназначенный для переключения подачи сжатого воздуха между топливными элементами и выхлопной трубой через перепускной трубопровод. При обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок контроллер, управляемый модулем принятия решений, приводит в действие распределительный клапан, который подает сжатый воздух в выхлопную трубу через перепускной трубопровод. Сжатый воздух, нагнетаемый воздушным компрессором, проходит через перепускной трубопровод в выхлопную трубу, обходя топливные элементы. По сравнению с вводом сжатого воздуха непосредственно от воздушного компрессора в выхлопную трубу через топливные элементы это устройство увеличивает противодавление в выхлопной трубе и таким образом усиливает эффект предотвращения проникновения жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок.

В одном предпочтительном примере движущегося объекта, оборудованного устройством подачи воздуха, выхлопная труба включает выпускной канал отходящего анодного газа, предназначенный для удаления анодного газа от анодов топливных элементов, и выпускной канал отходящего катодного газа, предназначенный для отвода катодного газа от катодов топливных элементов. Выпускной канал отходящего анодного газа соединяется с выпускным каналом отходящего катодного газа. Выпускной канал отходящего анодного газа оборудован распределительным клапаном, служащим для переключения между режимом пропускания и режимом блокировки выпускного канала отходящего анодного газа. При обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, приводит в действие распределительный клапан, чтобы блокировать выпускной канал отходящего анодного газа. В случае прекращения выработки энергии топливными элементами в ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, движущийся объект в этом примере блокирует выпускной канал отходящего анодного газа. Это устройство эффективно предотвращает засасывание окислительного воздуха через выпускной канал отходящего анодного газа к анодам топливных элементов.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения движущийся объект имеет следующее оборудование: двигатель, приводимый в действие электроэнергией от топливных элементов; устройство подачи горючего газа, предназначенное для подачи горючего газа в топливные элементы, устройство подачи окислительного газа, предназначенное для подачи окислительного газа в топливные элементы, выхлопную трубу, служащую для вывода выхлопного газа из топливных элементов за пределы движущегося объекта через выпускной патрубок; датчик, служащий для определения состава среды, окружающей движущийся объект; модуль принятия решений, предназначенный для определения наличия или отсутствия любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выхлопной трубы или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, на основе показаний указанного датчика, и контроллер, который при обнаружении мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, по команде модуля принятия решений увеличивает, по меньшей мере, на одну единицу расход горючего газа, подаваемого к топливным элементам устройством подачи горючего газа, и расход окислительного газа в топливные элементы устройством подачи окислительного газа, независимо от расхода горючего газа или соответствия расхода окислительного газа расходу тока топливных элементов.

В этом варианте изобретения во время движения движущегося объекта, например, по покрытой водой дороге движущийся объект определяет окружающую среду, и при обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок по показаниям датчиков, увеличивает, по меньшей мере, один из показателей расхода горючего газа, подаваемого к топливным элементам устройством подачи горючего газа, и расход окислительного газа в топливных элементах устройством подачи окислительного газа независимо от расхода горючего газа или соответствия расхода окислительного газа расходу тока топливных элементов. Во время движения движущегося объекта, оборудованного топливными элементами, например, по покрытой водой дороге в ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, выход выходящей жидкости увеличивается независимо от расхода горючего газа или соответствия расхода окислительного газа расходу тока топливных элементов, чтобы повысить противодавление в выхлопной трубе. Это устройство обеспечивает непрерывное движение транспортного средства по покрытой водой дороге, в то же время препятствуя проникновению посторонних объектов в выхлопную трубу, и предотвращает попадание жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок.

В одном предпочтительном примере осуществления движущегося объекта согласно вышеупомянутой цели изобретения выхлопная труба включает следующие элементы: выпускной канал отходящего анодного газа, предназначенный для удаления анодного газа, отходящего от анодов топливных элементов, и выпускной канал отходящего катодного газа, предназначенный для удаления катодного газа, отходящего от катодов топливных элементов. Выпускной канал отходящего анодного газа соединяется с выпускным каналом отходящего катодного газа. Выпускной канал отходящего анодного газа оборудован клапаном распределения потока между режимом пропускания и режимом блокировки выпускного канала отходящего анодного газа. При обнаружении любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, приводит в действие распределительный клапан, чтобы блокировать выпускной канал отходящего анодного газа, увеличивая расход окислительного газа в топливные элементы устройством подачи окислительного газа, независимо от расхода тока топливных элементов. В ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, расход окислительного газа в топливные элементы увеличивается, чтобы повысить противодавление в выхлопной трубе. Это устройство эффективно предотвращает попадание жидкости в выхлопную трубу через выпускной патрубок. Блокировка выпускного канала отходящего анодного газа позволяет предотвратить засасывание окислительного воздуха через выпускной канал отходящего анодного газа к анодам топливных элементов.

В одном предпочтительном примере исполнения движущегося объекта, в случае повторного обнаружения любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, модулем принятия решений по истечении заданного промежутка времени после блокирования выпускного канала отходящего анодного газа и увеличения расхода окислительного газа в топливные элементы устройством подачи окислительного газа независимо от требований по отбору мощности от топливных элементов в ответ на обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок, контроллер, управляемый модулем принятия решений, приводит в действие распределительный клапан, чтобы открыть выпускной канал отходящего анодного газа, одновременно увеличивая противодавление отходящего анодного газа в выпускном канале отходящего анодного газа, чтобы повысить противодавление отходящего катодного газа в выпускном канале отходящего катодного газа.

Кислородсодержащий воздух, в целом, используется как окислитель, подаваемый в топливные элементы. Этот воздух включает азот и другие газообразные примеси, которые не участвуют в выработке энергии топливными элементами. Газообразные примеси проходят через электролитические мембраны в топливных элементах по направлению от катодов к анодам. В случае выработки энергии топливными элементами в состоянии забивания выпускного канала для отходящего анодного газа газообразные примеси не выбрасываются наружу, а накапливаются в топливных элементах и в выпускном канале отходящего анодного газа и снижают рабочие характеристики по выработке энергии. Аналогическая проблема возникает при подаче содержащего водород горючего газа, включающего газообразные примеси, которые не участвуют в выработке энергии топливными элементами, к анодам топливных элементов.

В движущемся объекте выработка энергии топливными элементами осуществляется при блокировании выпускного канала для отходящего анодного газа. В ответ на повторное обнаружение любого мешающего объекта, который может вызвать забивание выпускного патрубка или попадание воды в выхлопную трубу через выпускной патрубок даже по истечении заранее установленного промежутка времени, в настоящей заявке движущийся объект приводит в действие распределительный клапан, чтобы открыть проход для отходящего анодного газа через выпускной канал, увеличивая противодавление отходящего анодного газа в выпускном канале отходящего анодного газа, чтобы повысить противодавление отходящего катодного газа в выпускном канале отходящего катодного газа. Это устройство также позволяет очищать газ и выводить наружу газообразные примеси, накопленные в топливных элементах и в выпускном канале отходящего анодного газа, эффективно предотвращая засасывание окислительного воздуха к анодам топливных элементов через выпускной канал отходящего анодного газа.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается движущийся объект, оборудованный топливными элементами, который имеет следующее оборудование: датчик сопротивления изоляции, служащий для измерения сопротивления изоляции между топливными элементами и токопроводящим элементом, который должен быть изолирован от топливных элементов, и контроллер ввода в действие топливных элементов, который запрещает пуск топливных элементов, когда сопротивление изоляции, измеренное датчиком сопротивления изоляции, меньше предварительно заданной величины.

Топливные элементы обычно размещаются в металлическом (токопроводящем) корпусе, и затем корпус устанавливается на подвижный объект. Металлический корпус должен быть изолирован от топливных элементов, чтобы предотвратить повреждение или неисправность топливных элементов из-за короткого замыкания между топливными элементами и корпусом.

Во время движения движущегося объекта, оборудованного топливными элементами, по покрытой водой дороге вода может попасть в металлический корпус. Даже после дренажа воды из корпуса сохраняется опасность короткого замыкания между топливными элементами и корпусом через оставшуюся влагу до тех пор, пока не обсохнет внутренняя часть корпуса. Запуск топливных элементов в состоянии короткого замыкания может привести к повреждению или отказу топливных элементов.

Движущийся объект согласно этому варианту осуществления изобретения измеряет сопротивление изоляции между топливными элементами и токопроводящим элементом (например, корпусом), который при включении топливных элементов в работу должен быть изолирован от топливных элементов. Когда измеренное сопротивление изоляции меньше заранее заданной величины, запуск топливных элементов запрещен. Это устройство эффективно предотвращает потенциальное повреждение или неисправность топливных элементов из-за короткого замыкания между топливными элементами и токопроводящим элементом, гарантируя таким образом безопасный пуск топливных элементов.

Настоящее изобретение не ограничено описанным выше движущимся объектом, но может быть реализовано в различных других областях применения, например в способе управления топливными элементами, установленными на любом из таких движущихся объектов, с использованием компьютерной программы и носителя, на котором записана такая компьютерная программа, и также в виде управляющего сигнала, который включает такую компьютерную программу и передается на несущей частоте. Любое из описанных выше различных дополнительных устройств может быть применено в любом из этих приложений.

В применениях изобретения, типа компьютерной программы и носителе, на котором записана компьютерная программа, изобретение может быть в целом представлено как программа управления операциями топливных элементов, установленными на движущемся объекте, или как подпрограмма, которая воздействует только на определенные функции объекта. Примерами носителя записи являются гибкие диски, CD-ROM, DVD-ROM, оптические магнитные диски, интегральные платы, ROM-картриджи, перфокарты, печати со штриховыми или другими кодами, внутренние устройства памяти (память ОЗУ и ПЗУ) и внешние устройства памяти для компьютера, а также различные другие среды, считываемые компьютером.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематично иллюстрирует конфигурацию транспортного средства 1000 согласно одному примеру осуществления изобретения.

Фиг.2 схематично иллюстрирует конструкцию системы топливных элементов 100, установленной на транспортном средстве 1000 в первом примере осуществления изобретения.

Фиг.3 - блок-схема подпрограммы управления приводом, выполняемая в первом примере осуществления изобретения.

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая пуск управляющей подпрограммы.

Фиг.5 схематично иллюстрирует конструкцию системы топливных элементов 100А во втором примере осуществления изобретения.

Фиг.6 - блок-схема, иллюстрирующая программу управления приводом, выполняемую во втором примере осуществления изобретения.

Фиг.7 - блок-схема, иллюстрирующая программу управления приводом, выполняемую в третьем примере осуществления изобретения.

Фиг.8 схематично иллюстрирует конструкцию системы топливных элементов 100В в четвертом примере осуществления изобретения.

Фиг.9 - блок-схема, иллюстрирующая программу управления приводом в четвертом примере осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления изобретения описаны ниже как предпочтенные примеры осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи.

А. Первый пример осуществления изобретения

A1. Конфигурация транспортного средства

Фиг.1 схематично иллюстрирует конфигурацию транспортного средства 1000 в одном примере осуществления изобретения. Как показано на чертеже, транспортное средство 1000 является электромобилем и включает систему электропитания PS и двигатель 600.

Двигатель 600 получает электроэнергию от системы электропитания PS и соответственно создает мощность привода. Выходная мощность двигателя 600 передается через выходной вал 700 и карданный вал 800 на колеса 900L и 90OR. Датчик скорости 810 транспортного средства соединен с карданным валом 800. Двигатель 600 может быть любым из различных типов двигателей, но в этом примере осуществления изобретения он является синхронным двигателем. Транспортное средство 1000 эквивалентно движущемуся объекту по настоящему изобретению.

А2. Конструкция системы электропитания

Система электропитания PS является системой топливных элементов 100, содержащей батарею топливных элементов, вторичную батарею 200, преобразователь постоянного тока 300, инвертор 400 и контроллер 500. Вторичная батарея 200 эквивалентна второй батарее, описанной выше. Подробное описание системы топливных элементов 100 также приведено ниже.

Как показано на чертеже, вторичная батарея 200 подключена параллельно батарее топливных элементов, включенной в систему топливных элементов 100 через преобразователь постоянного тока 300. Вторичная батарея 200 может быть любой из различных аккумуляторных батарей, например батареей свинцово-кислотных аккумуляторов, батарей никель-кадмиевых аккумуляторов, батарей типа «никель-метал-гидрид» или литиевой перезаряжаемой батарей. В центре параллельного подключения вторичной батареи 200 к батарее топливных элементов установлены переключатели режима 320а и 320b. При пуске системы топливных элементов 100 переключатели 320а и 320b ставятся в положение подачи электроэнергии от вторичной батареи 200 для активизации соответствующих составляющих секций системы топливных элементов 100. В случае недостатка электрической мощности от системы топливных элементов 100 переключатели 320а и 320b ставятся в положение подачи электроэнергии от вторичной батареи 200 для компенсации недостатка мощности. Вторичная батарея 200 соединена с датчиком состояния заряда 210, который измеряет оставшийся заряд или проверяет состояние заряда вторичной батареи 200. Вторичная батарея 200 соответствующим образом заряжается электроэнергией от батареи топливных элементов, включенной в систему топливных элементов 100, или электроэнергией, произведенной регенеративным торможением, на основе измерения состояния ее заряда.

Преобразователь постоянного тока 300 регулирует выходное напряжение, получаемое от батареи топливных элементов, включенной в систему топливных элементов 100, или от вторичной батареи 200. Инвертор 400 преобразует электроэнергию постоянного тока, подаваемую от батареи топливных элементов или вторичной батареи 200, в трехфазный переменный ток и подает трехфазный переменный ток на двигатель 600.

Контроллер 500 выполнен как микрокомпьютер, включающий центральный процессор, ПЗУ, оперативную память и таймер. Контроллер 500 получает различные входные сигналы и выполняет разнообразие действия по управлению, например ряд операций по управлению приводом, как описано ниже, в ответ на входные сигналы по программам, хранящимся в ПЗУ. Входные сигналы включают сигналы, которые представляют эксплуатационные режимы транспортного средства 1000, и сигналы, которые представляют эксплуатационные режимы системы электропитания PS. Первые входные сигналы включают, например, сигналы скорости транспортного средства от датчика скорости 810 транспортного средства 1000, сигнал включения-выключения пускового переключателя двигателя 600, положение коробки скоростей, сигнала включения-выключения ножного тормоза, а также степень нажатия педали акселератора. Вторые входные сигналы включают, например, сигналы состояния заряда вторичной батареи 200, полученные от датчика состояния заряда 210, сигналы температуры и давления от соответствующих узлов системы топливных элементов 100 и выходные сигналы датчика уровня воды и датчика сопротивления изоляции. Выходные сигналы от блока управления 500 включают, например, управляющие сигналы, управляющие работой соответствующих составляющих компонентов системы топливных элементов 100, преобразователь постоянного тока 300 и инвертор 400. Контроллер 500 соответствует модулю принятия решений, контроллеру и пусковому контроллеру по настоящему изобретению.

A3. Конструкция системы топливных элементов

На фиг.2 схематично показана конструкция системы топливных элементов 100, установленной на транспортном средстве 1000. В ответ на нажатие водителем педали акселератора (не показан), установленного в транспортном средстве 1000, система топливных элементов 100 начинает вырабатывать электроэнергию, соответствующую величине воздействия на акселератор, измеряемую датчиком открытия дроссельной заслонки (не показана).

Батарея 10 топливных элементов (FC) в системе топливных элементов 100 представляет собой многослойную конструкцию топливных элементов, предназначенных для генерирования электроэнергии путем электрохимической реакции водорода с кислородом. Каждый топливный элемент имеет водородный электрод (анод) и кислородный электрод (катод), расположенные поперек протонпроводящей электролитической мембраны, хотя эта конструкция конкретно не показана. Топливные элементы, используемые в этом примере осуществления изобретения, являются топливными элементами полимерного электролита с мембранами из твердого полимера, например из нафиона (зарегистрированная торговая марка) для электролитических мембран, хотя батарея топливных элементов 10 может состоять из любых других типов топливных элементов.

В конструкции одного примера осуществления батарея топливных элементов 10 находится в металлическом корпусе 12, как показано на чертеже. Датчик сопротивления изоляции 74 используется для измерения сопротивления изоляции между батареей топливных элементов 10 и корпусом 12 батареи. Этот датчик находится в корпусе 12 батареи. Датчик сопротивления изоляции 74 используется в последовательности операций управления при пуске, как описано ниже.

Транспортное средство 1000 в этом примере осуществления изобретения также имеет датчик уровня воды 72, используемый для наблюдения за уровнем воды на поверхности дороги. Датчик уровня воды 72 может быть контактного типа и быть в контакте с водой, чтобы контролировать уровень воды, или типа реле расхода, или емкостным датчиком, или датчиком бесконтактного типа, который не находится в контакте с водой, а измеряет расстояние от водной поверхности, например, как ультразвуковой датчик. Датчик уровня воды 72 используется в системах управления приводом при движении транспортного средства по покрытой водой дороге, как описано ниже. Датчик уровня воды 72 является датчиком по настоящему изобретению.

Водород подается как топливный газ из водородного баллона 20, который приспособлен для хранения водорода под высоким давлением. Водород подается через трубопровод 26 к анодам батареи топливных элементов 10. Водородный баллон 20 может быть заменен водородным генератором, который производит водород в результате реакции реформинга исходного материала, такого как спирт, углеводород или альдегид.

Водород высокого давления, хранящийся в водородном баллоне 20, подлежит снижению давления и расхода с помощью запорного клапана 22 и регулятора 24, смонтированных на выпускном патрубке водородного баллона 20 и используемых для подвода водорода низкого давления к анодам батареи топливных элементов 10. Водородный баллон 20 и его соответствующие компоненты соответствуют устройству подачи топливного газа по настоящему изобретению. Выхлопной газ от анодов (далее называемый отходящим анодным газом) поступает в трубопровод 28. Трубопровод 28 эквивалентен выпускному каналу отходящего анодного газа по настоящему изобретению. Отходящий анодный газ содержит остатки водорода, не используемого при выработке энергии батареей топливных элементов 10.

Сжатый воздух подается к катодам батареи топливных элементов 10 как содержащий кислород окисляющий газ. Воздух проходит через воздухоочиститель 30, сжимается воздушным компрессором 32 и проходит через трубопровод 34, чтобы поступить к катодам батареи топливных элементов 10. На трубопроводе 34 может быть предусмотрен увлажнитель для увлажнения воздуха, поступающего к батарее топливных элементов 10. Воздушный компрессор 32 и его соответствующие компоненты соответствуют устройству подачи газа по настоящему изобретению. Выхлопной газ от катодов (далее именуемый как отходящий катодный газ) поступает в трубопровод 36. Трубопровод 36 эквивалентен выпускному каналу отходящего катодного газа по настоящему изобретению. Отходящий катодный газ содержит воду, полученную в результате электрохимической реакции водорода с кислородом.

Отходящий анодный газ, проходящий по трубопроводу 28, и отходящий катодный газ, проходящий по трубопроводу 36, поступают в разбавитель 50. Разбавитель 50 смешивает введенный в него отходящий анодный газ с введенным отходящим катодным газом и снижает концентрацию водорода, содержавшегося в отходящем анодном газе.

Выхлопной газ, выходящий из разбавителя 50, поступает в отделитель газа от жидкости 52 через трубопровод 60. Отделитель газа от жидкости 52 отделяет и удаляет воду, попавшую в выхлопной газ, выходящий из разбавителя 50 (главным образом воду, содержащуюся в отходящем катодном газе). После отделения и удаления воды отделителем газа от жидкости 52 выхлопной газ проходит через глушитель 54 и выходит из выпускного патрубка на одном конце трубопровода 60 за пределы транспортного средства 1000. Вода, отделенная отделителем газа от жидкости 52, проходит через водовыпускной патрубок (не показан), предусмотренный в отделителе газа от жидкости 52, и выпускается наружу. Трубопровод 60 эквивалентен выхлопной трубе по настоящему изобретению. Выход трубы расположен ниже пола на заднем конце транспортного средства 1000 (не показано).

Батарея топливных элементов 10 в процессе электрохимической реакции выделяет тепло, которое удаляется охлаждающей водой, протекающей через батарею топливных элементов 10 для охлаждения батареи топливных элементов 10. Охлаждающаяся вода проходит через охлаждающий трубопровод 42 с помощью циркуляционного насоса 41, охлаждается в радиаторе 40 и поступает в батарею топливных элементов 10. Охлаждающий трубопровод 42 соединен с перепускным трубопроводом 43 и служит для пропуска потока охлаждающей воды параллельно радиатору 40. На одном конце трубопровода 42 с перепускным трубопроводом 43 установлен трехходовой клапан 44. Переключение трехходового клапана позволяет направить поток охлаждающей воды через трубопровод 42 и перепускной трубопровод 43. К трубопроводу 42 также подключен ионообменник 45. Ионообменник 45 удаляет различные ионы из охлаждающей воды, которая могли бы вызвать снижение сопротивления изоляции в батарее топливных элементов 10.

Корпус 12 батареи топливных элементов 10, вставленной в этот корпус, расположен ниже пола транспортного средства 1000, хотя эта схема размещения конкретно не показана. Разбавитель 50, отделитель газа от жидкости 52, глушитель 54 и трубопровод 60, соединяющ