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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das derart konfiguriert ist, dass entsprechende Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller in einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie angeordnet sind.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Der Stand der Technik kennt ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle, die konfiguriert ist, dass sie elektrische Leistung ansprechend auf die Versorgung mit Reaktionsgas erzeugt, eine Sekundärbatterie und entsprechende Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller an den jeweiligen Ausgangsseiten der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie aufweist (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 2016-010268 A ).
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei dieser Art von Brennstoffzellensystem wird, wenn das Brennstoffzellensystem beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet ist, wie in 7 gezeigt ist eine vom System geforderte Ausgabe bzw. geforderte Systemausgabe anhand eines Beschleunigerbetätigungsbetrags als eine Nutzeranforderung, einem Zustand eines Hochspannungsnebenaggregats wie einem Luftkompressor, der der Brennstoffzelle Luft zuführt, und der gleichen berechnet, und die vom System geforderte Leistung wird zwischen einer von der Brennstoffzellen geforderten Ausgabe und einer von der Sekundärbatterie geforderten Ausgabe verteilt. Dann werden die jeweiligen Ausgangsspannungen der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie durch einen Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller auf Seiten der Brennstoffzelle (nachfolgend als FDC bezeichnet) und einen Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller auf Seiten der Sekundärbatterie (nachfolgend als BDC bezeichnet) jeweils auf eine vorgegebene Spannung (z.B. 650V) erhöht, um den derart verteilten geforderten Ausgaben zu entsprechen, und die geforderten Ausgaben werden für die Ausgabe eines Antriebsmotors und die Ausgabe des Hochspannungsnebenaggregats verbraucht.
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Wenn in einem derartigen Brennstoffzellensystem beispielsweise ein Fehler in einer Hochspannungsschaltung des FDC und des BDC hinsichtlich eines Antriebsmotors und des Hochspannungsnebenaggregats auftritt, wenn eine fehlerhafte Verbindung in der Hochspannungsschaltung auftritt, oder wenn eine Anomalie in den Eigenschaften der jeweiligen Sensoren zum Messen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des BDC auftritt, kann eine Steuerung ausgeführt werden, bei der ein Verstärkungsvorgang einer Ausgangsspannung der Sekundärbatterie durch den BDC begrenzt ist, so dass der BDC einen direktverbundenen Zustand annimmt, d.h. einen gekoppelten Zustand.
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In einem Fall, bei welchem der BDC mit Strom versorgt werden kann, jedoch eine Ausgabe des BDC nicht in einem Verhältnis zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Wert oder mehr erfolgen kann, tritt, wenn eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch den FDC auf eine Spannung erhöht wird, die der vom System geforderten Ausgabe bzw. geforderten Systemausgabe entspricht, ein Überspannungsfehler an einer Eingangsseite oder einer Ausgangsseite des BDC auf, der einen Zustand verursachen kann, wonach die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle nicht durch den FDC erhöht werden kann. Wenn ein derartiger Zustand auftritt, werden eine Ausgabe der Brennstoffzelle und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie vermischt, so dass ein Ausgangsstrom und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zu Betriebspunkten werden, die während dem Verlauf dieser Ereignisse erhalten werden können, was es schwierig macht, eine Ausgabesteuerung der Brennstoffzelle durchzuführen.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das eine Ausgabesteuerung der Brennstoffzelle auch dann durchzuführen, wenn ein Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller auf Seiten der Sekundärbatterie mit Strom versorgt werden kann, jedoch eine Ausgabe des Hochsetzstellers nicht in einem Verhältnis zwischen einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung erfolgen kann, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
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Ein Aspekt der Erfindung ist gerichtet auf ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie als Leistungsquellen für Verbraucher; einem ersten Hochsetzsteller, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zu erhöhen; einem zweiten Hochsetzsteller, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung der Sekundärbatterie zu erhöhen; einem Messabschnitt, der konfiguriert ist, um zumindest eines von einer Spannung an einer Eingangsseite des zweiten Hochsetzstellers und einer Spannung an einer Ausgangsseite des zweiten Hochsetzstellers zu messen; und einer Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die Brennstoffzelle, den ersten Hochsetzsteller und den zweiten Hochsetzsteller zu steuern. Die Steuervorrichtung umfasst einen Erfassungsabschnitt sowie einen Berechnungsabschnitt. Der Erfassungsabschnitt ist konfiguriert, um einen vorgegebenen Zustand zu erfassen, bei dem eine Ausgabe des zweiten Hochsetzstellers nicht in einem Verhältnis einer Ausgangsspannung des zweiten Hochsetzstellers zu einer Eingangsspannung des zweiten Hochsetzstellers erfolgt, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist. Der Berechnungsabschnitt ist konfiguriert, um, wenn der vorgegebene Zustand erfasst wird, die Eingangsseite des zweiten Hochsetzstellers und die Ausgangsseite des zweiten Hochsetzstellers zu koppeln und eine Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle unter Verwendung von: zumindest einem von der Spannung auf der Eingangsseite des zweiten Hochsetzstellers und der Spannung auf der Ausgangsseite des zweiten Hochsetzstellers, die von dem Messabschnitt erfasst wird, und einem ersten Wert, der gleich oder größer als ein minimales Verstärkungsverhältnis ist, wobei das des minimale Verstärkungsverhältnis ein minimales Verhältnis einer Ausgangsspannung des ersten Hochsetzstellers zu einer Eingangsspannung des ersten Hochsetzstellers in einem Bereich ist, in dem ein Verstärkungsvorgang des ersten Hochsetzstellers garantiert ist, zu berechnen. Eine Ausgangsseite des ersten Hochsetzstellers und die Ausgangsseite des zweiten Hochsetzstellers sind elektrisch miteinander verbunden. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um die Brennstoffzelle derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gleich oder niedriger als die vom Berechnungsabschnitt berechnete Sollausgangsspannung ist.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der erste Wert das minimale Verstärkungsverhältnis sein.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, um, wenn der vorgegebene Zustand erfasst wird, die Brennstoffzelle zu steuern, so dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ein konstanter Wert ist, der gleich oder niedriger als die Sollausgangsspannung ist.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, um die von der Brennstoffzelle ausgegebene elektrische Leistung zu steuern, indem sie eine Zufuhrmenge von Oxidationsgas, das der Brennstoffzelle zugeführt werden soll, einstellt.
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Somit kann mit dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung, selbst in einem Fall, bei dem die Ausgabe des zweiten Hochsetzstellers nicht in einem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung erfolgen kann, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, eine Ausgabesteuerung der Brennstoffzelle ausgeführt werden.
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Figurenliste
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
- 1 eine Darstellung einer Systemkonfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockschaubild zur Beschreibung einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für das Brennstoffzellensystem;
- 3 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels einer Steuerung durch die Steuervorrichtung;
- 4 eine Darstellung einer Systemkonfiguration zur Beschreibung eines Spannungszustands des Brennstoffzellensystems in einem normalen Zustand;
- 5 eine Darstellung einer Systemkonfiguration zur Beschreibung eines Spannungszustands bei einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem in einem Fehlerzustand;
- 6 eine Darstellung einer Systemkonfiguration zur Beschreibung eines Spannungszustands des Brennstoffzellensystems der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fehlerzustand; und
- 7 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Beispiels einer Steuerung durch die Steuervorrichtung im normalen Zustand.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Brennstoffzellensystem 100 eine Brennstoffzelle 10, ein FC-Hochsetzsteller (einen ersten Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller) 20, eine FC-Relaisschaltung 30, eine Leistungssteuereinheit (PCU) 40, eine Sekundärbatterie 50, eine Steuervorrichtung 60, eine Sekundärbatterie-Relaisschaltung 70, eine Hilfsbatterie 105, einen Luftkompressor (Verbraucher) MG1 sowie einen Traktions- bzw. Antriebsmotor (Verbraucher) MG2.
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Die Brennstoffzelle 10 ist eine Batterie, die konfiguriert ist, um elektrische Leistung bzw. Strom durch Reagieren von Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktionsgase zu erzeugen. Ein mit dem Brennstoffzellensystem 100 ausgestattetes Fahrzeug umfasst einen (nicht dargestellten) Wasserstofftank, in dem Wasserstoff (Brenngas) als Reaktionsgas gesammelt ist, wobei der Wasserstoff der Brennstoffzelle 10 vom Wasserstofftank zugeführt wird. Umgebungsluft wird durch den Luftkompressor MG1 verdichtet und die Luft mit Sauerstoff (Oxidationsgas) als Reaktionsgas wird der Brennstoffzelle 10 vom Luftkompressor MG1 zugeführt.
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Der FC-Hochsetzsteller 20 ist ein Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller, der konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe der Brennstoffzelle 10 auf eine Antriebsspannung des Luftkompressors 1 MG1 und des Antriebsmotors MG2 zu erhöhen. Der FC-Hochsetzsteller 20 ist ein Wandler, der eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 steuern kann, in anderen Worten: eine Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20, um diese bei einer konstanten Spannung zu halten.
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Der Traktions- bzw. Antriebsmotor MG2 ist ein Motor, der konfiguriert ist, um Räder des Fahrzeugs, das mit dem Brennstoffzellensystem 100 ausgestattet ist, anzutreiben, sodass das Fahrzeug fährt. Der Antriebsmotor MG2 wird durch elektrische Leistung angetrieben die von der Brennstoffzelle 10 und/oder der Sekundärbatterie 50 zugeführt wird.
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Die FC-Relaisschaltung 30 ist eine Schaltung bzw. ein Schaltkreis, die/der ausgestaltet ist, um die elektrische Verbindung und Trennung zwischen dem FC-Hochsetzsteller 20 und der PCU 40 zu schalten. Die FC-Relaisschaltung 30 ist zwischen dem FC-Hochsetzsteller 20 und der PCU 40 angeordnet.
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Die PCU 40 steuert eine Menge an elektrischer Leistung, die jedem Teil des Brennstoffzellensystems 100 zugeführt werden soll, basierend auf einem Steuersignal, das von der Steuervorrichtung 60 übertragen wird. Die PCU 40 umfasst einen zweiten Kondensator 41, einen Sekundärbatterie-Hochsetzsteller (einen zweiten Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller) 45 sowie ein IPM (intelligentes Leistungsmodul) 48. Der zweite Kondensator 41 ist ein glättender Leistungsspeicherabschnitt.
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Der Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 ist ein Wandler, der konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 50 auf die Antriebsspannung des Luftkompressors MG1 und des Antriebsmotors MG2 zu erhöhen. Der Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 ist ein Verstärkungswandler bzw. Hochsetzsteller, der durch eine Verbindungssteuerung in einem vorgegebenen Fehlermodus mit Strom versorgt werden kann.
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Beispielsweise entspricht der Fehlermodus einem Zustand, bei welchem ein Fehler in einer Hochspannungsschaltung des FC-Hochsetzstellers 20 und des Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 bezüglich des Luftkompressors MG1 und des Antriebsmotors MG2 auftritt, einem Zustand, bei dem es zu einer fehlerhaften Verbindung in der Hochspannungsschaltung kommt, einem Zustand, bei dem es zu einer Anomalie der Eigenschaften der jeweilige Sensoren (nicht dargestellt) zum Messen einer Eingangsspannung einer Ausgangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 kommt, und dergleichen Zustände. Der Fehlermodus kann als ein Zustand bezeichnet werden, bei dem eine Ausgabe des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 nicht in einem Verhältnis einer Ausgangsspannung zu einer Eingangsspannung desselben erfolgen kann, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
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Das IPM 48 ist ein Leistungsmodul, das mit dem Luftkompressor MG1 und dem Antriebsmotor MG2, die elektrische Verbraucher darstellen, verbunden ist.
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Die Sekundärbatterie 50 ist eine Batterie, die konfiguriert ist, um zeitweilig elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, und regenerative Leistung des Antriebsmotors MG2 zu speichern. Die in der Sekundärbatterie 50 gespeicherte elektrische Leistung wird als elektrische Antriebsleistung für jede Komponente im Brennstoffzellensystem 100 verwendet. Die Sekundärbatterie-Relaisschaltung 70 ist eine Schaltung bzw. ein Schaltkreis, die/der ausgestaltet ist, um die elektrische Verbindung und Trennung zwischen der Sekundärbatterie 50 und der PCU 40 zu schalten.
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Ein Nebenverbraucher 90 ist eine Vorrichtung, die elektrische Leistung die von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, verwenden kann, und umfasst Hilfsmotoren 25, 26 sowie Hilfsinverter bzw. -wechselrichter 23, 24 und eine Heizwasserheizvorrichtung 27. Der Hilfsmotor 25 ist ein Motor, der ausgestaltet ist, um eine Wasserstoffpumpe zum Zurückführen von Wasserstoffabgas, das aus einer Wasserstoffgasleitung der Brennstoffzelle 10 ausgetragen wurde, zur Brennstoffzelle 10 zurückzuführen. Der Hilfsmotor 26 ist ein Motor, der konfiguriert, ist um eine Kühlwasserpumpe anzutreiben, um ein Kühlwasser, das zum Einstellen der Temperatur einer Brennstoffzelle 10 verwendet wird, zu zirkulieren.
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Die Hilfswechselrichter 23, 24 wandeln einen Gleichstrom in einen Drei-Phasen-Wechselstrom um und führen diesen den Hilfsmotoren 25, 26 zu. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner einen Hilfswechselrichter 28 sowie eine Klimaanlage 29 als Nebenaggregate. Es sei angemerkt, dass die „Nebenaggregate“, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform elektrische Leistung verbrauchen, nicht auf die beispielhaft genannten Hilfsmotoren 25, 26, die Hilfswechselrichter 23, 24, die Heizwasserheizvorrichtung 27, den Hilfswechselrichter 28 und die Klimaanlage 29 beschränkt sind, und andere Vorrichtungen umfassen können, welche elektrische Leistung verbrauchen.
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Die Hilfsbatterie 105 ist eine Batterie für die Nebenaggregate, die konfiguriert ist, und zeitweilig elektrische Leistung zu speichern, die von der Sekundärbatterie 50 zugeführt wird, und ist mit einer Schaltung der Sekundärbatterie 50 über einen Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) 106 verbunden. Die in der Hilfsbatterie 105 gespeicherte elektrische Leistung wird zum Antrieb der Nebenaggregate verwendet.
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Die Steuervorrichtung 60 ist ein Computersystem, das konfiguriert ist, um den Betrieb der verschiedenen Vorrichtungen des Brennstoffzellensystems 100 zu steuern. Die Steuervorrichtung 60 ist ein Computersystem zur Vereinigung und Steuerung des Brennstoffzellensystems 100 und umfasst beispielsweise eine CPU, eine RAM, ein ROM und dergleichen. Die Steuervorrichtung 60 empfängt Signale (z. B. ein Signal, das einen Beschleunigeröffnungsbetrag anzeigt, ein Signal, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, ein Signal, das einen Ausgangsstrom oder eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 anzeigt, und dergleichen) von verschiedenen Sensoren und berechnet eine benötigte elektrische Leistung einer Gesamtlast einschließlich des Luftkompressors MG1, des Antriebsmotors MG2 und dergleichen.
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In dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 100 mit der Brennstoffzelle 10, der Sekundärbatterie 50 dem FC-Hochsetzsteller 20 und dem Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 50 kann, wenn ein Fehlermodus erfasst wird, nicht nur die Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 50 sondern auch die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 nicht erhöht werden, was eine Steuerung einer Ausgabe der Brennstoffzelle 10 schwierig gestalten kann.
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Bei dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Ausführungsform hat die Steuervorrichtung 60 die nachfolgende Konfiguration, wodurch es möglich wird, einen derartigen Fehlermodus zu beherrschen.
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2 ist Blockschaubild zum Beschreiben einer Konfiguration der Steuervorrichtung 60. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Steuervorrichtung 60 einen Sekundärbatterie-Fehlererfassungsabschnitt (einen Erfassungsabschnitt) 61, einen Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt (einen Messabschnitt) 62, einen Sollspannungs-Berechnungsabschnitt (einen Berechnungsabschnitt) 63, einen Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 und einen Brennstoff-Steuerabschnitt 65. Es sei angemerkt, dass Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt 62 außerhalb der Steuervorrichtung 60 vorgesehen sein kann, wenn eine durch den Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt 62 gemessene Spannung in die Steuervorrichtung 60 eingegeben wird.
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Nachfolgend wird eine Steuerung beim Fehlermodus und in einem Normalzustand durch die Steuervorrichtung 60 des Brennstoffzellensystems 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Nachstehend wird eine Steuerung im Fehlermodus und im Normalzustand bezugnehmend auf ein Flussdiagramm aus 3 und die Darstellungen der Systemkonfiguration in den 4 bis 6 beschrieben.
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3 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Beispiels der Steuerung durch die Steuervorrichtung 60. Die Steuervorrichtung erfasst, ob ein Fehler im Sekundärbatterie-Hochsetzsteller (BDC) 45 vorliegt oder nicht (Schritt S00). Wenn beispielsweise der Zustand, bei dem der Fehler in der Hochspannungsschaltung auftritt, der Zustand, bei dem eine fehlerhafte Verbindung in der Hochspannungsschaltung auftritt, oder der Zustand bei dem eine Anomalie in den Eigenschaften der jeweilige Sensoren zum Messen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 auftritt, erfasst der Sekundärbatterie-Fehlererfassungsabschnitt 61 einen Zustand, bei dem eine Ausgabe des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 nicht in einem Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung erfolgen kann, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, d. h. eine fehlerhafte Ausgabe auf Seiten der Sekundärbatterie 50 („JA“ in Schritt S00).
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Zu diesem Zeitpunkt steuert der Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 zunächst den Sekundärbatterie-Hochsetzsteller (BDC) 45 in einen Zustand, bei welchem dieser mit Strom versorgt werden kann, jedoch eine Spannung nicht erhöht werden kann, d. h. einen Zustand, bei dem eine Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 und ein Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 miteinander gekoppelt sind (Schritt S01). Ein Spannungszustand des Brennstoffzellensystems wird hierbei von einem in 4 gezeigtem Zustand zu einem in 5 gezeigten Zustand verändert.
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In 4 (im normalen Zustand) ist beispielsweise eine Eingangsspannung (eine Spannung eines Teils, das durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie dargestellt ist) des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 eine vorgegebene Spannung VL und eine Ausgangsspannung (eine Spannung eines Teils, dass durch eine durchgängige Linie dargestellt ist) des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 ist eine vorgegebene verstärkte Spannung VH, eine Ausgangsspannung (eine Spannung, eines Teils, das durch eine durchgezogenen Linie dargestellt ist) des FC-Hochsetzstellers 20 ist die vorgegebene verstärkte Spannung VH, und eine Eingangsspannung (eine Spannung eines Teils, das durch eine dicke gestrichelte Linie dargestellt ist) des FC-Hochsetzstellers 20 ist eine vorgegebene gemeinsame Spannung VFC der Brennstoffzelle 10. Demgegenüber sind in 5 die Spannungen der Teile, die durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie hervorgehoben sind, d. h. die Eingangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45, die Ausgangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 und die Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 alle eine Ausgangsspannung VB der Sekundärbatterie 50, und die Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 ist die vorgegebene gemeinsame Spannung VFC.
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Erneut bezugnehmend auf 3 wird, wenn eine fehlerhafte Ausgabe auf Seiten der Sekundärbatterie 50 durch den Sekundärbatterie-Fehlererfassungsabschnitt 61 erfasst wird, („JA“ in Schritt S00) und eine Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 sowie eine Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 miteinander gekoppelt sind (Schritt S01), eine Ausgangsspannung (eine Sekundärbatteriespannung) der Sekundärbatterie 50 durch den Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt 62 gemessen, d. h. eine Spannung auf der Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 oder eine Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 wird durch den Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt 62 gemessen (Schritt S02).
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Der Sollspannungs-Berechnungsabschnitt 63 berechnet eine Sollspannung auf der Eingangsseite des FC-Hochsetzstellers 20, die durch den FC-Hochsetzsteller 20 relativ zur Spannung auf der Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 oder der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 erhöht werden kann, d. h. der Sollspannungs-Berechnungsabschnitt 63 berechnet eine Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle (FC) 10. Die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 wird basierend auf der Spannung auf der Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 oder der Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45, welche durch den Sekundärbatterie-Spannungsmessabschnitt 62 gemessen wurde, und einen ersten Wert berechnet, der größer ist als ein minimales Verstärkungsverhältnis, des FC-Hochsetzstellers 20 (Schritt S03). Der erste Wert wird erfindungsgemäß als „ein Wert, der gleich oder größer als das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 ist“ verwendet. Das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 ist ein minimales Verhältnis einer Ausgangsspannung zu einer Eingangsspannung im FC-Hochsetzsteller (FDC) 20 innerhalb eines Bereichs, in welchem ein Verstärkungsvorgang eines FC-Hochsetzstellers 20 garantiert werden kann.
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Genauer gesagt wird ein Produkt zwischen der Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 und dem ersten Wert als Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 genommen. Daher wird die Sollspannung auf der Eingangsspannung des FC-Hochsetzsteller, d. h. die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10, derart berechnet, dass die Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 gleich der Spannung auf der Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 oder der Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 ist.
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Der Bereich, in welchem der Verstärkungsvorgang des FC-Hochsetzstellers 20 garantiert werden kann, ist ein Bereich, in dem ein Betrieb gewährleistet wird, um eine Situation zu vermeiden, wonach beispielsweise eine Steuerung aufgrund des Auftretens eines Ausgabenachlaufs bzw. -pendelns (ein Phänomen, bei welchem ein Tastverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 angehoben oder gesenkt wird) des FC-Hochsetzstellers 20 nicht möglich ist. Der erste Wert wird beispielsweise in einem Fall eingestellt auf 1,5, bei welchem das minimale Verstärkungsverhältnis 1,3 ist, wobei der erste Wert hierauf nicht beschränkt ist.
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Wenn die Sollspannung auf der Eingangsseite des FC-Hochsetzstellers 20, d. h. die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 durch den Sollspannungs-Berechnungsabschnitt 63 berechnet wird (Schritt S03) steuert der Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 den FC-Hochsetzsteller 20 derart, dass die Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 bezüglich der Sollspannung auf der Eingangsseite des FC-Hochsetzstellers 20, die durch den Sollspannungs-Berechnungsabschnitt 63 berechnet wurde, konstant wird, und der Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 legt eine Last an die Brennstoffzelle 10 an, um den Strom derart abzutasten bzw. zu beaufschlagen (EN: sweep), dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 gleich oder kleiner als die Sollausgangsspannung wird (Schritt S04).
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Zu diesem Zeitpunkt wird ein Spannungszustand des Brennstoffzellensystems 100 ein in 6 gezeigter Zustand. Die Spannung derjenigen Teile, die durch dicke durchgezogene Linien dargestellt sind, d. h. die Eingangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45, die Ausgangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 und die Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 werden die Ausgangsspannung VB der Sekundärbatterie 50, während die Eingangsspannung (eine Spannung eines Teils, das durch eine dicke gestrichelte Linie dargestellt ist) des FC-Hochsetzstellers 20 auf die durch den Sollspannungs-Berechnungsabschnitt 63 berechnende Sollspannung festgelegt ist.
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Erneut bezugnehmend auf 3 steuert wenn die Steuerung des FC-Hochsetzstellers 20 durch den Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 erfolgt (Schritt S04), der Brennstoff-Steuerabschnitt 65 den Luftkompressor MG1 und ein Ventil, das in einer Leitung zum Zuführen von Außenluft zur Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, derart, dass die von der Brennstoffzelle 10 erzeugte elektrische Leistung mit der vom Brennstoffzellensystem benötigten elektrischen Leistung übereinstimmt, um die Sauerstoffzufuhrmenge zur Brennstoffzelle 10 einzustellen, wodurch die von der Brennstoffzelle 10 an den Verbraucher wie den Antriebsmotor MG2 ausgegebene elektrische Leistung sowie zum Laden der Sekundärbatterie 50 ausgegebene elektrische Leistung gesteuert wird (Schritt S05).
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Wenn keine fehlerhafte Ausgabe auf Seiten der Sekundärbatterie 50 erfasst wird („NEIN“ in Schritt S00), d. h. im Normalzustand, ermittelt die Steuervorrichtung 60 eine benötigte Spannung des Verbrauchers wie dem Antriebsmotor MG2 (Schritt S11). Dies liegt beispielsweise daran, dass die benötigte Spannung des Antriebsmotors MG2 zunimmt, wenn die Rotationsfrequenz oder eine benötigte elektrische Leistung für den Antriebsmotor MG2 groß ist.
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Es wird bestimmt, ob die benötigte Spannung für den Verbraucher, die in Schritt S11 ermittelt wird, niedriger als eine niedrigste Ausgangsspannung ist oder nicht (Schritt S12). Erfindungsgemäß bezeichnet die „niedrigste Ausgangsspannung“ eine Spannung, die von der Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 und der Ausgangsspannung des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 die niedrigere ist. Die niedrigste Ausgangspannung wird unter Verwendung der Spannung Brennstoffzelle 10, der Spannung der Sekundärbatterie 50, dem minimalen Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 und dem minimalen Verstärkungsverhältnis des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 berechnet. Das minimale Verstärkungsverhältnis des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 ist ein minimales Verhältnis einer Ausgangsspannung zu einer Eingangsspannung im Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 innerhalb eines Bereichs, in welchem ein Verstärkungsvorgang des Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 garantiert wird.
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Wenn die von der Last benötigte Spannung niedriger als die niedrigste Ausgangsspannung ist („JA“ in Schritt S12), steuert die Steuervorrichtung 60 den FC-Hochsetzsteller 20 und den Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 derart, dass die Spannung auf der Ausgangsseite des FC-Hochsetzstellers 20 gleich der niedrigsten Ausgangsspannung wird, und dass die Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 gleich der niedrigsten Ausgangsspannung wird (Schritt S13).
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Wenn die benötigte Spannung des Verbrauchers gleich oder größer als die niedrigste Ausgangsspannung ist („NEIN“ in Schritt S12), steuert die Steuervorrichtung 60 den FC-Hochsetzsteller 20 und den Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 derart, dass die Spannung auf der Ausgansseite des FC-Hochsetzstellers 20 gleich der benötigten Spannung des Verbrauchers wird, und dass die Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 gleich der benötigten Spannung des Verbrauchers wird.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Ausführungsform, selbst in einem Fall, bei dem ein Fehlermodus auftritt, sodass ein Ausgabe des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 nicht mit einem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung erfolgen kann, das gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 unter Verwendung der Spannung auf der Eingangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 oder der Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 (d. h. der Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 50) und dem ersten Wert, der gleich oder größer als das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 ist, berechnet. Das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 ist das minimale Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 innerhalb des Bereichs, in welchem der Verstärkungsvorgang des FC-Hochsetzstellers 20 garantiert wird.
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Somit ist es selbst in einem Fall, bei dem der Fehlermodus im Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 auftritt, möglich zu verhindern, dass die Ausgangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20, die anhand des Produkts zwischen der Eingangsspannung des FC-Hochsetzstellers 20 und dem ersten Wert bestimmt wird, größer wird als die Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert der Brennstoff-Steuerabschnitt 65 der Steuervorrichtung 60 zum Zeitpunkt der Steuerung des FC-Hochsetzstellers 20 durch den Hochsetzsteller-Steuerabschnitt 64 eine Luftzufuhrmenge zur Brennstoffzelle 10, um die von der Brennstoffzelle 10 an den Verbraucher wie den Antriebsmotor MG2 ausgegebene elektrische Leistung zu steuern. Es ist somit möglich, die von der Brennstoffzelle 10 ausgegeben elektrische Leistung zu steuern, während eine Verschlechterung der Brennstoffzelle 10 verhindert werden kann.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Brennstoff-Steuerabschnitt 65 die elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 10 ausgegeben wird, durch Einstellen einer Wasserstoffzufuhrmenge zur Brennstoffzelle 10 durch Steuern eines Druckregelventils und eines Injektors, die in einer Leitung zum Zuführen von Wasserstoff zur Brennstoffzelle 10 von einem Wasserstofftank angeordnet sind, einer Wasserstoffpumpe, die in einer Leitung zum Zurückführen von Wasserstoffabgas, das aus der Brennstoffzelle 10 ausgestoßen wird, zur Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, und dergleichen, die in der Bezeichnung nicht dargestellt sind, steuern.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der erste Wert, der größer als das minimale Verstärkungsverhältnis ist, als ein Wert verwendet, der gleich oder größer als das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 ist, um die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 zu berechnen (d. h. die Sollspannung auf der Eingangsseite des FC-Hochsetzstellers 20). Das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 kann jedoch auch als der erste Wert verwendet werden. In diesem Fall wird die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 als Ergebnis einer Division der Spannung auf der Ausgangsseite des Sekundärbatterie-Hochsetzstellers 45 durch das minimale Verstärkungsverhältnis des FC-Hochsetzstellers 20 berechnet. Dadurch ist es möglich, die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 so hoch wie möglich einzustellen, sodass es möglich ist, ein Ausstrahlen von Wärme von der Brennstoffzelle 10 zu beschränken.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann, wenn der Fehlermodus im Sekundärbatterie-Hochsetzsteller 45 auftritt, die Steuervorrichtung 60 die Brennstoffzelle 10 derart steuern, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 auf eine konstanten Wert gesetzt wird, der gleich oder niedriger als die Sollausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 ist. In einem Fall, bei dem die Brennstoffzelle 10 derart gesteuert wird, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 ein konstanter Wert ist, kann somit die Steuerung nur den Wert eines Stroms, der von der Brennstoffzelle 10 ausgegeben wird, steuern, wodurch die Steuerung der elektrischen Leistung einfach wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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