DE112009004883B4

DE112009004883B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112009004883B4
Application number: DE112009004883.8T
Authority: DE
Inventors: Naoki Kanie; Shohei Okamoto; Katsuhiro Matsushima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: US20120086278A1; CN102460799B; WO2010143260A1; US9502725B2; DE112009004883T5; JP5354222B2; JPWO2010143260A1; CN102460799A

Abstract

Brennstoffzellensystem (1), aufweisend:eine Brennstoffzelle (2), die ein Brennstoffgas und ein Oxidationsgas aufnimmt und durch eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases elektrische Leistung erzeugt;einen Speicherabschnitt (4), der mit der elektrischen Leistung, die von der Brennstoffzelle (2) erzeugt wird, geladen werden kann;eine Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7), die elektrische Leistung von der Brennstoffzelle (2) und aus dem Speicherabschnitt (4) verbraucht;einen ersten Spannungswandler (3), der zwischen der Brennstoffzelle (2) und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) angeordnet ist;einen zweiten Spannungswandler (5), der zwischen dem Speicherabschnitt (4) und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) angeordnet ist;ein Verbinder (R1, R2), der einen Pfad verbindet oder trennt, wobei der Pfad elektrische Leistung von dem ersten Spannungswandler (3) zu der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) zuführt und den ersten Spannungswandler (3) und den zweiten Spannungswandler (5) koppelt; undeine Steuerungseinrichtung (9), die durch den Verbinder (R1, R2) eine Verbindung oder eine Trennung des Pfads, der eine elektrische Leistung zuführt, steuert,wobei die Steuerungseinrichtung (9), wenn das System (1) startet, eine Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungswandler (3) und dem zweiten Spannungswandler (5) durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) derart steuert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert in einem Bereich ist, bei dem der Verbinder (R1, R2) verbinden kann, ohne dass ein Durch- oder Anschweißen des Verbinders (R1, R2) verursacht wird, und anschließend verbindet sie den Pfad,wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle (2) eingestellt ist und eine Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers (5) auf eine Leerlaufspannung des Speicherabschnitts (4) eingestellt ist, und die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) niedriger als die Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers (5) ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das nachfolgende Patentdokument 1 offenbart ein Brennstoffzellensystem zum Antreiben einer Last unter Verwendung einer Brennstoffzelle und einer Batterie, wobei das Brennstoffzellensystem zwei Wandler für die Brennstoffzelle und die Batterie umfasst. Das Brennstoffzellensystem nimmt an dem Wandler für die Brennstoffzelle und dem Wandler für die Batterie einen Betrieb in einer koordinierten Weise vor, so dass der Last eine elektrische Leistung stabil zugeführt wird. Das System ist in einem Zufuhrpfad für elektrische Leistung mit einem Relais als Verbinder ausgestattet, um die Batterie mit der Last zu verbinden. Das System ist dazu ausgestaltet, das Relais auszuschalten, wenn das System stoppt, und das Relais zum Verbinden der Batterie mit der Last einzuschalten, wenn das System startet und eine Spannung, die von der Brennstoffzelle der Last zugeführt wird, eine Batteriespannung übersteigt. Diese Konfiguration verhindert sowohl ein unnötiges Verbrauchen von Batterieleistung während des Systemstopps, als auch, dass zu der Zeit der Relaisverbindung ein Stromstoß von der Seite der Batterie zu der Lastseite fließt.
STAND DER TECHNIK DOKUMENT
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2006-340419 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Bei dem zuvor erwähnten Patentdokument 1 wird das Relais eingeschaltet, wenn die Spannung auf der Seite der Brennstoffzelle die Spannung auf der Seite der Batterie übersteigt, und daher kann das Relais in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz über dem Relais durch- bzw. angeschweißt werden.
Die DE 102 35 489 A1 offenbart eine Stromversorgungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer Energieeinheit, einer Hilfsbatterie und einem Motor als Verbraucher. Eine elektronische Steuereinheit regelt steuert einen Spannungsminderungsschaltkreis und einen Spannungserhöhungsschaltkreis.
Um diesem Problem aus der herkömmlichen Technik zu begegnen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das ein Durch- bzw. Anschweißen eines Verbinders, der in dem Zufuhrpfad für elektrische Leistung bereitgestellt ist, unterdrücken kann.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das zuvor genannte Problem zu lösen, umfasst ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Brennstoffzelle, die ein Brennstoffgas und ein Oxidationsgas aufnimmt und durch eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases elektrische Leistung erzeugt; einen Speicherabschnitt, der mit der elektrischen Leistung, die an der Brennstoffzelle erzeugt wird, geladen werden kann; eine Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung, die elektrische Leistung von der Brennstoffzelle und aus dem Speicherabschnitt verbraucht; einen ersten Spannungswandler, der zwischen der Brennstoffzelle und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung angeordnet ist; ein zweiter Spannungswandler, der zwischen dem Speicherabschnitt und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung angeordnet ist; einen Verbinder, der einen Pfad verbindet oder trennt, wobei der Pfad elektrische Leistung von dem ersten Spannungswandler zu der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung zuführt und den ersten Spannungswandler und den zweiten Spannungswandler koppelt; und eine Steuerungseinrichtung, die durch den Verbinder eine Verbindung oder eine Trennung des Pfads, der elektrische Leistung zuführt, steuert. Wenn das System startet, steuert die Steuerungseinrichtung eine Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungswandler und dem zweiten Spannungswandler durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers derart, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert in einem Bereich ist, bei dem der Verbinder verbinden kann, ohne dass ein Durch- oder Anschweißen des Verbinders verursacht wird, und anschließend verbindet sie den Pfad, wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt ist und eine Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers auf eine Leerlaufspannung des Speicherabschnitts eingestellt ist, und die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers niedriger als die Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers ist.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass eine Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungswandler und dem zweiten Spannungswandler einen vorbestimmten oder kleineren Wert einnimmt, bevor ein Zufuhrpfad für elektrische Leistung verbunden wird, wenn das System startet. Daher kann der Verbinder verbunden werden, nachdem die Spannungsdifferenz über dem Verbinder eine Spannungsdifferenz einnimmt, die kein Durch- bzw. Anschweißen an dem Verbinder verursacht.
Ferner ermöglicht das Anpassen der Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungswandler und dem zweiten Spannungswandler, dass diese kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, während die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers erhöht wird.
Wenn die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle niedriger als die Leerlaufspannung des Speicherabschnitts ist, ermöglicht diese Konfiguration das Anpassen der Ausgangsspannungen des ersten Spannungswandlers und des zweiten Spannungswandlers an die Leerlaufspannung der Batterie, die eine höhere Spannung ist.
Bei dem Brennstoffzellensystem kann die Steuerungseinrichtung die Ausgangsspannungsdifferenz durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers auf eine Mindestspannung, die in einem stabilen Zustand durch den zweiten Spannungswandler (5) erhöht werden kann und über der Leerlaufspannung des Speicherabschnitts (4) liegt, und durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers auf die Mindestspannung derart steuern, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers niedriger als die Mindestspannung ist.
Wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den zweiten Spannungswandler erhöht werden kann, ermöglicht diese Konfiguration das Anpassen der Ausgangsspannungen des ersten Spannungswandlers und des zweiten Spannungswandlers an die Mindestspannung, die durch den zweiten Spannungswandler erhöht werden kann.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Durch- bzw. Anschweißen eines Verbinders, der in einem Zufuhrpfad für elektrische Leistung bereitgestellt ist, unterdrückt werden.
Figurenliste
Es zeigt:

1 eine schematische Abbildung der Konfiguration des Brennstoffzellensystems in einer Ausführungsform.
2 ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Flusses der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 1.
3 ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Flusses der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 2.
4 ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Flusses der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung eines erläuternden ersten Beispiels, das nicht Teil der Erfindung ist.
5 ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Flusses der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung eines erläuternden zweiten Beispiels, das nicht Teil der Erfindung ist.
6 ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Flusses der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung eines erläuternden dritten Beispiels, das nicht Teil der Erfindung ist.

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Bezug auf die angefügte Zeichnung werden nun nachstehend die bevorzugten Ausführungsformen eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jede der nachstehenden Ausführungsformen stellt ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung dar, das als in einem Auto verbautes Leistungserzeugungssystem für Brennstoffzellenhybridfahrzeuge (FCHV) verwendet wird. Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso an anderen verschiedenen mobilen Objekten als dem FCHV (Roboter, Schiffe, Flugzeuge und dergleichen) sowie stationären Leistungserzeugungssystemen, die zur Leistungserzeugungsausstattung für Gebäude (Häuser, Gebäude und dergleichen) verwendet werden, angewendet werden.
[Ausführungsform 1]
Mit Bezug auf 1 wird zunächst die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems in einer Ausführungsform 1 beschrieben. 1 stellt das Brennstoffzellensystem in Ausführungsform 1 schematisch dar.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, umfasst das Brennstoffzellensystem 1: eine Brennstoffzelle 2, die durch eine elektrochemische Reaktion von Oxidationsgas und Brennstoffgas als Reaktionsgas elektrische Leistung erzeugt; einen FC-Wandler 3 als Gleichstromwandler (DC/DC) für eine Brennstoffzelle; eine Batterie 4 (Speicherabschnitt) als Sekundärbatterie; einen Bat-Wandler 5 (zweiter Spannungswandler) als Gleichstrom-Wandler (DC/DC) für eine Batterie; einen Antriebsumrichter 6 als Last; einen Triebmotor 7 (Leistungsverbrauchervorrichtung), Hilfsumrichter 8a, 8b und eine Steuerung 9 (Steuerungseinrichtung), um das System als Ganzes zu steuern. Ein Satz der Brennstoffzelle 2 und des FC-Wandlers 3 und ein Satz der Batterie 4 und des Bat-Wandlers 5 sind in einer Parallelschaltung mit dem Antriebsumrichter 6 und dem Triebmotor 7 verbunden.
Die Brennstoffzelle 2 kann eine Hoch-Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle mit zum Beispiel einem Stapelaufbau sein, der die Laminierung von vielen einzelnen Zellen umfasst. Jede einzelne Zelle weist an der einen Außenfläche eines elektrolytischen Films, der aus einem Ionenaustauschfilm gebildet ist, eine Luftelektrode auf und an der anderen Außenfläche eine Brennstoffelektrode, und sie weist ferner ein Paar von Separatoren auf, welche die Luftelektrode und die Brennstoffelektrode von beiden Seiten zwischen sich aufnehmen. In diesem Fall wird Wasserstoffgas zu einem Wasserstoffgaspfad des einen Separators zugeführt und Oxidationsgas wird zu einem Oxidationsgaspfad des anderen Separators zugeführt. Diese Reaktionsgase reagieren chemisch, um elektrische Leistung zu erzeugen. Die Brennstoffzelle 2 ist mit einem Spannungssensor V1 ausgestattet, um eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 zu erfassen.
Der FC-Wanderl 3 ist ein Gleichstrom-Spannungswandler (DC), der eine Funktion aufweist, um eine Gleichstromspannung (DC), die von der Brennstoffzelle 2 eingegeben wird, zu erhöhen und die Resultierende an den Antriebsumrichter 6 und den Triebmotor 7 auszugeben. Dieser FC-Wandler 3 steuert die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2.
Der FC-Wandler 3 umfasst beispielsweise: einen Kondensator C1, um die Gleichstromspannung (DC), die von der Brennstoffzelle 2 eingegeben wird, zu glätten; eine Spule L1 zum Erhöhen der Gleichstromspannung; einen Hauptschalter S1; einen Kondensator C2 und eine Spule L2, die eine Resonanzschaltung bilden; einen Resonanzschalter S2 zum EIN/AUS-Schalten des Resonanzschaltkreises und einen Kondensator C3 zum Glätten der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3. Diese Elemente bilden einen ersten Spannungswandler, um eine Gleichstromspannung, die von der Brennstoffzelle 2 eingegeben wird, zu erhöhen und die Resultierende an den Antriebsumrichter 6 und den Triebmotor 7 auszugeben. Der FC-Wandler 3 umfasst weiterhin: einen Spannungssensor V2 zum Erfassen einer Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3; und FC-Relais R1, R2 (Verbinder), zum Verbinden oder Trennen eines Zufuhrpfads für elektrische Leistung, der dem Antriebsumrichter 6 und dem Triebmotor 7 elektrische Leistung zuführt. Die FC-Relais R1, R2 doppeln sich als Verbinder zum Verbinden oder Trennen eines Pfads, der den FC-Wandler 3 mit dem Bat-Wandler 5 koppelt.
Die Batterie 4, welche die Laminierung von Batteriezellen umfasst, weist einen Batterieanschluss einer festen Hochspannung auf, und sie kann unter der Steuerung eines nicht dargestellten Batteriecomputers mit überschüssiger Leistung der Brennstoffzelle 2 und einer hilfsweise zugeführter elektrischer Leistung geladen werden. Die Batterie 4 umfasst: einen Spannungssensor V3 zum Erfassen der Ausgangsspannung der Batterie 4; und Bat-Relais R3, R4 zum Verbinden oder Trennen eines Pfads, der dem Antriebsumrichter 6 und dem Triebmotor 7 eine Batterieleistung zuführt. Die Bat-Relais R3, R4 sind EIN-geschaltet, wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, und sie sind AUS-geschaltet, wenn das Brennstoffzellensystem stoppt.
Der Bat-Wandler 5 ist ein Gleichstrom-Spannungswandler und weist eine Funktion auf, um eine Gleichstromspannung, die von der Batterie 4 ausgegebenen wird, anzupassen (zu erhöhen) und die Resultierende an den Antriebsumrichter 6 und den Triebmotor 7 auszugeben, und eine Funktion, um eine Gleichstrom-Ausgangsspannung, die von der Brennstoffzelle 2 oder dem Triebmotor 7 ausgegeben wird, anzupassen (zu senken) und die Resultierende an die Batterie 4 auszugeben. Solche Funktionen des Bat-Wandlers 5 ermöglichen ein Entladen oder Laden der Batterie 4. Der Bat-Wandler 5 ist mit einem Spannungssensor V4 zum Erfassen einer Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ausgestattet.
Der Antriebsumrichter 6 wandelt einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom um und führt den Resultierenden dem Triebmotor 7 und einem Motor eines Kompressors CP zu. Der Triebmotor 7 kann beispielsweise ein dreiphasiger Wechselstrommotor sein und stellt eine Hauptleistungsquelle für ein FCHV einschließlich dem Brennstoffzellensystem 1 dar. Die Hilfsumrichter 8a, 8b sind eine Motorsteuerung, um das Ansteuern von Motoren, die in Hilfsvorrichtungen wie beispielsweise einer Wasserstoffpumpe HP und einer Kühlwasserpumpe WP enthalten sind, zu steuern, und sie wandeln einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom um und führen den Resultierenden jedem Motor zu. Die Hilfsumrichter 8a, 8b können beispielsweise PWM-Umrichter vom Pulsweiten-Modulationstyp sein und sie wandeln eine Gleichstrom-Ausgangsspannung von der Batterie 4 übereinstimmend mit einer Steuerungsanweisung von der Steuerung 9 in eine dreiphasige Wechselstrom-Spannung um, um ein rotierendes Drehmoment, das von jedem Motor erzeugt wird, zu steuern.
Die Steuerung 9 erfasst einen Betätigungsbetrag eines Betätigungselements (z.B. ein Gaspedal), das in dem FCHV bereitgestellt ist, und empfängt Steuerungsinformationen, wie beispielsweise einen Beschleunigungsanforderungswert (z.B. ein angeforderter Leistungserzeugungsbetrag von einer Leistungsverbrauchervorrichtung wie z.B. dem Triebmotor 7), um die Vorgänge der verschiedenen Vorrichtungen in dem System zu steuern. Beispiele der Leistungsverbrauchervorrichtung umfassen zusätzlich zu dem Triebmotor 7 Hilfsvorrichtungen, die zum Betreiben der Brennstoffzelle 2 erforderlich sind (z.B. Motoren des Kompressors CP, der Wasserstoffpumpe HP und der Kühlwasserpumpe WP), Stellglieder, die in verschiedenen Vorrichtungen bezüglich dem Verkehren des Fahrzeugs verwendet werden (ein Getriebe, eine Steuerung der Räder, eine Lenkungsvorrichtung, eine Federung und dergleichen), eine Klimaanlage in einem Fahrgastraum, Beleuchtung und ein Audiosystem.
Physikalisch umfasst die Steuerung 9 beispielsweise eine CPU, einen Speicher und ein I/O-Interface. Der Speicher umfasst ein ROM, das Steuerungsprogramme und Steuerungsdaten, die durch die CPU verarbeitet werden, speichert, und ein RAM, das hauptsächlich für verschiedene Arbeits-Zwischenräume zur Verarbeitung einer Steuerung verwendet wird. Diese Elemente sind über einen Bus gemeinsam verbunden. Das I/O-Interface ist mit verschiedenen Sensoren wie beispielsweise Spannungssensoren und verschiedenen Ansteuerungen zum Ansteuern des Triebmotors 7 und dergleichen verbunden.
Die CPU empfängt über das I/O-Interface Erfassungsergebnisse an verschiedenen Sensoren und sie verarbeitet die Erfassungsergebnisse unter Verwendung verschiedener Daten in dem RAM in Übereinstimmung mit den Steuerungsprogrammen, die in dem ROM gespeichert sind, um verschiedene Typen der Steuerungsverarbeitung in dem Brennstoffzellensystem auszuführen. Die CPU gibt über das I/O-Interface ein Steuerungssignal an verschiedene Ansteuerungen aus, um das Brennstoffzellensystem 1 als Ganzes zu steuern.
Die Steuerung 9 steuert ein EIN/AUS von beispielsweise den FC-Relais R1, R2. Die Steuerung 9 steuert eine Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 derart, dass sie kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, und anschließend schaltet sie die FC-Relais R1, R2 EIN. Der vorbestimmte Wert kann innerhalb eines Bereichs einer Spannungsdifferenz eingestellt werden, bei dem die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen der FC-Relais R1, R2 verursacht wird, und er wird vorzugsweise auf eine obere Grenze dieses Bereichs der Spannungsdifferenz eingestellt. Dieser Bereich der Spannungsdifferenz kann durch ein Experiment oder dergleichen herausgefunden werden. Genauer genommen, steuert die Steuerung 9 die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 in der nachfolgenden Weise derart, dass sie kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Wenn das Brennstoffzellensystem startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 2 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein. Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist, steuert die Steuerung 9 demzufolge ein Erhöhen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf die Leerlaufspannung der Batterie 4, welche die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist. Wenn andererseits die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 größer oder gleich der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist, steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2, welche die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 ist.
Wenn danach die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 in einem Zustand Ein-geschaltet werden, in dem beide Enden von jedem der FC-Relais R1, R2 im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential haben.
Wenn andererseits diese Ausgangsspannungsdifferenz größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, passt die Steuerung 9 entweder die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 oder die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 an, bis die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 2 wird als Nächstes eine FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 1 nachstehend beschrieben. Diese FC-Relais-Steuerungsverarbeitung wird gestartet, wenn beispielsweise ein Zündschlüssel EIN-geschaltet wird. Wenn der Zündschlüssel EIN-geschaltet wird, sind die FC-Relais R1, R2 in einem AUS-Zustand.
Zunächst steuert die Steuerung 9 den Bat-Wandler 5 an (Schritt S101) und stellt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein (Schritt S102).
Nachfolgend steuert die Steuerung 9 den FC-Wandler 3 an (Schritt S103) und stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S104).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist oder nicht (Schritt S105). Wenn diese Bestimmung in einem JA resultiert (JA bei Schritt S105), steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 (Schritt S106). Danach setzt die Steuerung 9 mit der Verarbeitung bei Schritt S108 fort, die später beschrieben wird.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S105 darin resultiert, dass die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 größer oder gleich der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist (NEIN bei Schritt S105), steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 (Schritt S107).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S108). Wenn die Bestimmung in einem NEIN resultiert (NEIN bei Schritt S108), setzt die Steuerung mit der Verarbeitung bei dem zuvor genannten Schritt S105 fort.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S108 darin resultiert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist (JA bei Schritt S108), schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN (Schritt S109).
Wenn die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 niedriger als die Leerlaufspannung der Batterie 4 ist, kann das Brennstoffzellensystem 1 der Ausführungsform 1, wie obenstehend dargelegt, die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und des Bat-Wandlers 5 an die Leerlaufspannung der Batterie 4 anpassen, die eine höhere Spannung ist, während die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 erhöht wird.
Mit dieser Konfiguration können die FC-Relais R1, R2 dann zur Zeit einer Verbindung eines Zufuhrpfad für elektrische Leistung EIN-geschaltet werden, nachdem die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 (Spannungsdifferenz über den FC-Relais R1, R2) derart eingestellt ist, dass sie kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, bei dem die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen der FC-Relais R1, R2 verursacht wird. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 ohne ein Durch- bzw. Anschweißen EIN-geschaltet werden.
[Ausführungsform 2]
Nachfolgend wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn eine Batteriespannung erhöht wird, zeigt der Bat-Wandler 5 einen unstabilen Erhöhungszustand bevor die Spannung auf eine Spannung erhöht wird, die wenige Zehntel Volt höher als die Leerlaufspannung der Batterie 4 liegt. Daher ist der Bat-Wandler 5 so ausgestaltet, dass er einen Erhöhungsvorgang nicht durchführt, wenn eine Erhöhungs-Spannungsbreite kleiner als eine untere Grenze einer Erhöhungsspannung ist, wobei die untere Grenze eine Erhöhungsspannung (nachstehend „untere Grenzerhöhungsspannung“ genannt) die zuvor genannten wenigen Zehntel Volt sind. Mit anderen Worten stellt der Bat-Wandler 5 als Mindestspannung, die zum Durchführen eines Erhöhungsvorgangs erhöht werden kann, eine Spannung ein, die durch Addieren der unteren Grenzerhöhungsspannung zu der Leerlaufspannung der Batterie erhalten wird.
Wenn eine Differenz zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 und der Leerlaufspannung der Batterie 4 größer oder gleich der unteren Grenzerhöhungsspannung ist, kann die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in der zuvor genannten Ausführungsform 1 ohne Probleme ausgeführt werden. Wenn andererseits die Anzahl der Zellen in der Brennstoffzelle 2 verringert wird, oder wenn umgekehrt die Anzahl der Zellen vergrößert wird, so dass die Batterie eine größere Batteriekapazität aufweist, kann beispielsweise die Differenz zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 und der Leerlaufspannung der Batterie 4 kleiner als die untere Grenzerhöhungsspannung sein. In einem solchen Fall kann die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 nicht von der Leerlaufspannung der Batterie 4 auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 erhöht werden, selbst wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 höher als die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist, da die Spannungsbreite, die zu erhöhen ist, kleiner als die untere Grenzerhöhungsspannung ist. Daher wird in diesem Fall in der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung der zuvor genannten Ausführungsform 1 ein Fehler beim EIN-Schalten der FC-Relais R1, R2 auftreten.
Um dies zu bewältigen, steuert das Brennstoffzellensystem 1 in der Ausführungsform 2 den FC-Wandler 3 und den Bat-Wandler 5 so, dass die FC-Relais R1, R2 selbst dann EIN-geschaltet werden, wenn die Differenz zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 und der Leerlaufspannung der Batterie 4 kleiner oder gleich der unteren Grenzerhöhungsspannung ist.
Das Brennstoffzellensystem der Ausführungsform 2 weist eine ähnliche Konfiguration mit dem Brennstoffzellensystem der Ausführungsform 1 auf, das in 1 dargestellt ist. Deshalb sind den Bestandteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet und die Beschreibung derselben wir ausgelassen. Nachfolgend werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von der Ausführungsform 1 unterscheiden.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein. Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, steuert die Steuerung 9 demzufolge ein Erhöhen der Ausgangsspannungen des FC-Wandlers 3 und des Bat-Wandlers 5 auf die Mindestspannung, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann. Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 andererseits größer oder gleich der Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2, welche die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 ist.
Wenn danach die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden, während beide Enden von jedem der FC-Relais R1, R2 im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential haben.
Wenn diese Ausgangsspannungsdifferenz andererseits größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, passt die Steuerung 9 entweder die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 oder die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 an, bis die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
In Bezug auf ein Flussdiagramm der 3 wird als nächstes die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 2 nachstehend beschrieben. Diese FC-Relais-Steuerungsverarbeitung wird gestartet, wenn beispielsweise ein Zündschlüssel EIN-geschaltet wird. Wenn der Zündschlüssel EIN-geschaltet wird, sind die FC-Relais R1, R2 in einem AUS-Zustand.
Zunächst steuert die Steuerung 9 den Bat-Wandler 5 an (Schritt S201) und stellt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein (Schritt S202).
Nachfolgend steuert die Steuerung 9 den FC-Wandler 3 an (Schritt S203) und stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S204).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, ist oder nicht (Schritt S205). Wenn diese Bestimmung in einem JA resultiert (JA bei Schritt S205) steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf die Mindestspannung, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann (Schritt S206), und sie erhöht die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Mindestspannung, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann (Schritt S207). Anschließend setzt die Steuerung 9 mit der Verarbeitung bei Schritt S209 fort, wie später beschrieben wird.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S205 darin resultiert, dass die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 größer oder gleich der Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann (NEIN bei Schritt S205), steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 (Schritt S208).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S209). Wenn die Bestimmung in einem NEIN resultiert (NEIN bei Schritt S209), passt die Steuerung 9 entweder die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 oder die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 an (Schritt S211) und setzt mit der Verarbeitung bei dem zuvor genannten Schritt S209 fort. Hierbei können die Ausgangsspannungen durch die Verarbeitungen der Schritte S105 bis S107 (siehe 2), die obenstehend in Ausführungsform 1 beschrieben sind, angepasst werden.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S209 darin resultiert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist (JA bei Schritt S209), schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN (Schritt S210).
Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3, welcher auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt ist, niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, kann das Brennstoffzellensystem 1 der Ausführungsform 2, wie obenstehend dargelegt, die Ausgangsspannungen des FC-Wandlers 3 und des Bat-Wandlers 5 an die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, angepasst werden.
Mit dieser Konfiguration können die FC-Relais R1, R2 dann zur Zeit einer Verbindung eines Zufuhrpfad für elektrische Leistung EIN-geschaltet werden, nachdem die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 (Spannungsdifferenz über den FC-Relais R1, R2) kleiner oder gleich auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist, bei dem die FC-Relais R1, R2 eingeschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen der FC-Relais R1, R2 verursacht wird. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 ohne ein Durch- bzw. Anschweißen EIN-geschaltet werden.
[ Erläuterndes erstes Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist]
In dem zuvor genannten Brennstoffzellensystem 1 der Ausführungsform 2 werden die Ausgangsspannungen des FC-Wandlers 3 und des Bat-Wandlers 5 auf die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, angehoben, wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung ist, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann. Ein Brennstoffzellensystem dieses Beispiels, unterscheidet sich darin, dass die Batteriespannung durch Verkehren in einem Elektrofahrzeug-(EV)-Modus gesenkt wird, wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann.
Das Brennstoffzellensystem dieses Beispiels weist eine ähnliche Konfiguration mit dem Brennstoffzellensystem in der Ausführungsform 1 auf, das in 1 dargestellt ist. Deshalb sind den Bestandteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet und die Beschreibung derselben wird ausgelassen. Nachfolgenden werden hauptsächlich die Punkte beschrieben, die sich von Ausführungsform 1 unterscheiden.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein. Nachfolgend steuert die Steuerung 9 ein Starten des Verkehrens in einem EV-Modus, wenn die Ausgangspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann. Der EV-Modus ist ein Antriebsmodus, bei dem die Abgabe der Brennstoffzelle 2 gestoppt wird und das Fahrzeug durch die Abgabe der Batterie 4 verkehrt. Das Verkehren in den EV-Modus senkt die Leerlaufspannung der Batterie 4 und senkt demzufolge ebenso die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann. Die Steuerung 9 führt ein Verkehren in den EV-Modus fort, bis die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, einen Wert kleiner oder gleich der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 einnimmt.
Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 größer oder gleich die Mindestspannung ist, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2, welche die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 ist.
Wenn anschließend die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden während beide Enden von jedem der FC-Relais R1, R2 im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential haben.
Wenn diese Ausgangsspannungsdifferenz andererseits größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, passt die Steuerung 9 entweder die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 oder die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 an, bis die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 4 wird als nächstes die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung dieses Beispiels nachstehend beschrieben. Die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung wird gestartet, wenn beispielsweise ein Zündschlüssel EIN-geschaltet wird. Wenn der Zündschlüssel eingeschaltet wird, sind die FC-Relais R1, R2 in einem AUS-Zustand.
Die Steuerung 9 steuert zunächst den Bat-Wandler 5 an (Schritt S301) und sie stellt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Batterie 4 ein (Schritt S302).
Nachfolgend steuert die Steuerung 9 den FC-Wandler 3 an (Schritt S303), und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S304).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Mindestspannung, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, ist oder nicht (Schritt S305). Wenn die Bestimmung in einem JA resultiert (JA bei Schritt S305), steuert die Steuerung 9 ein Starten des Verkehrens in einem EV-Modus (Schritt S306). Anschließend setzt die Steuerung 9 mit der Verarbeitung bei Schritt S305 fort, wie obenstehend beschrieben.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S305 darin resultiert, dass die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 größer oder gleich der Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann (NEIN bei Schritt S305), steuert die Steuerung 9 ein Erhöhen der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 (Schritt S307).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S308). Wenn diese Bestimmung in einem NEIN resultiert (NEIN bei Schritt S308), passt die Steuerung 9 entweder die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 oder die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 an (Schritt S310) und setzt mit der Verarbeitung bei dem zuvor genannten Schritt S308 fort. Hierbei können die Ausgangsspannungen durch die Verarbeitung der Schritte S105 bis S107 (siehe 2), die obenstehend in Ausführungsform 1 beschrieben sind, angepasst werden.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S308 darin resultiert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich der vorbestimmte Wert ist (JA bei Schritt S308), schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN (Schritt S309).
Wenn die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3, welche auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt ist, niedriger als die Mindestspannung ist, die durch den Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, steuert das Brennstoffzellensystem 1dieses Beispiels, wie obenstehend dargelegt, dass eine elektrische Leistung aus der Batterie 4 verbraucht wird bis die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, kleiner oder gleich der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 ist, und es kann anschließend die Ausgangsspannungen des FC-Wandlers 3 und des Bat-Wandlers 5 an die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 anpassen.
Mit dieser Konfiguration können die FC-Relais R1, R2 dann zur Zeit einer Verbindung eines Zufuhrpfad für elektrische Leistung EIN-geschaltet werden, nachdem die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 (Spannungsdifferenz über den FC-Relais R1, R2) kleiner oder gleich auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist, bei dem die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen der FC-Relais R1, R2 verursacht wird. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 ohne ein Durch- bzw. Anschweißen EIN-geschaltet werden.
Die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung dieses Beispiels ist mit Bezug auf die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 2 beschrieben worden. Allerdings kann eine solche Beschreibung auch Bezugnahmen auf die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung in Ausführungsform 1 umfassen. Genauer genommen, wenn bei Schritt S105 aus 2 bestimmt wird, dass die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 niedriger als die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ist (JA bei Schritt S105), kann die Steuerung 9 ein Starten des Verkehrens in dem EV-Modus steuern, und sie kann das Verkehren in dem EV-Modus fortführen, bis die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 einen Wert kleiner oder gleich der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 einnimmt.
[ Erläuterndes zweites Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist]
Bei dem zuvor genannten Brennstoffzellensystem der Ausführungsform 1 werden der FC-Wandler 3 und der Bat-Wandler 5 in der FC-Relais-Steuerungsverarbeitung gesteuert während die Bat-Relais R3, R4 EIN-geschaltet bleiben. Ein Brennstoffzellensystem dieses Beispiels unterscheidet sich darin, dass die Bat-Relais R3, R4 dann AUS-geschaltet werden, nachdem die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Leerlaufspannung der Batterie 4 eingestellt ist.
Das Brennstoffzellensystem in diesem Beispiel weist eine ähnliche Konfiguration mit dem Brennstoffzellensystem in Ausführungsform 1, das in 1 dargestellt ist, auf. Deshalb sind den Bestandteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet und die Beschreibung derselben wird ausgelassen. Nachfolgend werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von Ausführungsform 1 unterscheiden.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 größer oder gleich auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein und sie lädt den Kondensator C4 vor. Die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 wird größer oder gleich auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt, da die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 nicht auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 erhöht werden kann, wenn die Differenz zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 und der Leerlaufspannung der Batterie 4 kleiner als die untere Grenzerhöhungsspannung ist, und daher nimmt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 die Mindestspannung ein, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann. Deshalb stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 entweder auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 oder auf die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, ein.
Nach einem Vorladen des Kondensators C4 schaltet die Steuerung 9 die Bat-Relais R3, R4 AUS.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein. Wenn die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden, während beide Enden von jedem der FC-Relais R1, R2 im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential haben.
Wenn andererseits diese Ausgangsspannungsdifferenz größer oder gleich der vorbestimmten Wert ist, steuert die Steuerung 9 den Triebmotor 7 an, um die elektrische Leistung, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, zu verbrauchen bis die Ausgangsspannungsdifferenz den vorbestimmten oder kleineren Wert einnimmt. Hierbei bedeutet ein AUS-Schalten der Bat-Relais R3, R4, dass sich die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ähnlich wie die Spannung des Kondensators C4 verändert. Da die elektrische Leistung des Kondensators C4 verbraucht wird, wird aufgrund dessen die Spannung des Kondensators C4, d.h. die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5, gesenkt und somit nimmt die Ausgangsspannungsdifferenz ab.
Um die elektrische Leistung, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, zu verbrauchen, kann der Kompressor CP anstelle des Triebmotors 7 angesteuert werden, oder beide von dem Triebmotor 7 und dem Kompressor CP können angesteuert werden.
Die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kann mit dem Triebmotor 7 z.B. auf die folgende Weise gesenkt werden. Zum Zweck des Spannungsabfalls kann die Steuerung 9 eine PI-(proportional integral)-Steuerung basierend auf einer Spannungsdifferenz durchführen, die durch Subtrahieren der Spannung des Kondensators 4 (Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5) als eine tatsächliche Spannung von der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 als Zielspannung erhalten wird. Wenn der Spannungsabfall eine Unterschwingung verursacht, kann die Steuerung 9 die Bat-Relais R3, R4 EIN-schalten, um den Kondensator C4 erneut vorzuladen, und sie kann danach die Bat-Relais R3, R4 AUS-Schalten und die zuvor genannte Spannungsabfallverarbeitung erneut durchführen.
Wahlweise kann bei der zuvor genannten PI-Steuerung die Zielspannung auf einen Wert eingestellt werden, der höher als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ist, und die Spannung kann durch die PI-Steuerung auf den eingestellten Wert gesenkt werden. Der Spannungsabfall von dem eingestellten Wert auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 kann durch ein Abfallen der Spannung graduell innerhalb des Bereichs, in dem eine Unterschwingung verursacht wird, durchgeführt werden.
In Bezug auf ein Flussdiagramm der 5 wird als nächstes die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung dieses Beispiels nachstehend beschrieben. Diese FC-Relais-Steuerungsverarbeitung wird gestartet, wenn beispielsweise ein Zündschlüssel EIN-geschaltet wird. Wenn der Zündschlüssel EIN-geschaltet wird, sind die FC-Relais R1, R2 in einem AUS-Zustand.
Zunächst steuert die Steuerung 9 den Bat-Wandler 5 an (Schritt S401) und sie stellt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 größer oder gleich auf eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S402). Anschließend schaltet die Steuerung 9 die Bat-Relais R3, R4 AUS (Schritt S403).
Nachfolgend steuert die Steuerung 9 den FC-Wandler 3 an (Schritt S404) und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S405).
Anschließend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S406). Wenn diese Bestimmung in einem NEIN resultiert (NEIN bei Schritt S406), steuert die Steuerung 9 den Triebmotor 7 an, um elektrische Leistung, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, zu verbrauchen (Schritt S408). Anschließend setzt die Steuerung 9 mit der Verarbeitung bei Schritt S406 fort, wie obenstehend beschrieben.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S406 darin resultiert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich der vorbestimmte Wert ist (JA bei Schritt S406), schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN (Schritt S407).
Wenn eine Differenz (Spannungsdifferenz) zwischen der Spannung des Kondensators C4 (Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5), die größer oder gleich auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt ist, und der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3, welche auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt ist, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, welcher der vorbestimmte Wert ist, bei dem die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen verursacht wird, steuert das Brennstoffzellensystem 1 dieses Beispiels den Triebmotor 7 an bis die Spannungsdifferenz den vorbestimmten oder kleineren Wert einnimmt, und danach kann es die FC-Relais R1, R2 EIN-schalten. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 zur Zeit einer Verbindung eines Zufuhrpfads für elektrische Leistung ohne ein Durch- bzw. Anschweißen EIN-geschaltet werden.
[ Erläuterndes drittes Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist]
In dem zuvor genannten Brennstoffzellensystem des zweiten Beispiels fällt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 von der Leerlaufspannung der Batterie 4 auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ab, oder sie wird auf die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, erhöht, wenn die Leerlaufspannung der Batterie 4 höher als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ist. Allerdings weist der Bat-Wandler 5 keine Funktion auf, um die Leerlaufspannung der Batterie zu senken und die Resultierende an die Seite der Last abzugeben. Außerdem wird die Effizienz herabgesetzt, wenn die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf die Mindestspannung, die von dem Bat-Wandler 5 erhöht werden kann, erhöht wird.
Anschließend steuert das Brennstoffzellensystem dieses Beispiels den FC-Wandler 3 und den Bat-Wandler 5 derart, dass die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung selbst dann effektiv ausgeführt werden kann, wenn die Leerlaufspannung der Batterie 4 höher als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ist.
Das Brennstoffzellensystem dieses Beispiels weist eine ähnliche Konfiguration mit dem Brennstoffzellensystem in Ausführungsform 1, das in 1 dargestellt ist, auf. Deshalb sind den Bestandteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet und die Beschreibung derselben wird ausgelassen. Nachfolgend werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von der Ausführungsform 1 unterscheiden.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein und danach schaltet sie die Bat-Relais R3, R4 AUS. Die Steuerung 9 dieses Beispiels unterscheidet sich von der Steuerung 9 des zweiten Beispiels darin, dass die Leerlaufspannung der Batterie 4 so wie sie ist als die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 ausgegeben wird, wenn die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 nicht auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt werden kann.
Wenn das Brennstoffzellensystem 1 startet, stellt die Steuerung 9 die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein. Wenn die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3 und der Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden während beide Enden von jedem der FC-Relais R1, R2 im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential haben.
Wenn diese Ausgangsspannungsdifferenz andererseits größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, steuert die Steuerung 9 den Triebmotor 7 oder dergleichen an, um die elektrische Leistung, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, zu verbrauchen bis die Ausgangsspannungsdifferenz den vorbestimmten oder kleineren Wert einnimmt.
Mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 6 wird als nächstes die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung dieses Beispiels nachstehend beschrieben. Die FC-Relais-Steuerungsverarbeitung wird gestartet, wenn beispielsweise ein Zündschlüssel EIN-geschaltet wird. Wenn der Zündschlüssel EIN-geschaltet wird, sind die FC-Relais R1, R2 in einem AUS-Zustand.
Zunächst steuert die Steuerung 9 den Bat-Wandler 5 an (Schritt S501) und sie stellt die Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S502). Anschließend schaltet die Steuerung 9 die Bat-Relais R3, R4 AUS (Schritt S503).
Nachfolgend steuert die Steuerung 9 den FC-Wandler 3 an (Schritt S504), und sie stellt die Ausgangsspannung des FC-Wandler 3 auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 ein (Schritt S505).
Nachfolgend bestimmt die Steuerung 9, ob die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem FC-Wandler 3 und dem Bat-Wandler 5 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S506). Wenn diese Bestimmung in einem NEIN resultiert (NEIN bei Schritt S506), steuert die Steuerung 9 den Triebmotor 7 an, um die elektrische Leistung, die in dem Kondensator C4 gespeichert ist, zu verbrauchen (Schritt S508). Danach setzt die Steuerung 9 mit der Verarbeitung bei Schritt S506 fort, wie obenstehend beschrieben.
Wenn andererseits die Bestimmung bei Schritt S506 darin resultiert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich der vorbestimmte Wert ist (JA bei Schritt S506), schaltet die Steuerung 9 die FC-Relais R1, R2 EIN (Schritt S507).
Wenn eine Differenz (Spannungsdifferenz) zwischen der Spannung des Kondensators 4 (Ausgangsspannung des Bat-Wandlers 5), die als auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt vorausgesetzt wird, und die Ausgangsspannung des FC-Wandlers 3, die auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 2 eingestellt ist, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, bei dem die FC-Relais R1, R2 EIN-geschaltet werden können, ohne dass ein Durch- bzw. Anschweißen verursacht wird, steuert das Brennstoffzellensystem 1 dieses Beispiels den Triebmotor 7 an bis die Spannungsdifferenz den vorbestimmten oder kleineren Wert einnimmt, und anschließend kann es die FC-Relais R1, R2 EIN-schalten. Demzufolge können die FC-Relais R1, R2 zur Zeit einer Verbindung eines Zufuhrpfads für elektrische Leistung ohne ein Durch- bzw. Anschweißen EIN-geschaltet werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Brennstoffzellensysteme gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich dazu, ein Durch- bzw. Anschweißen an einem Verbinder an einem Zufuhrpfad für elektrische Leistung zu unterdrücken.
Bezugszeichenliste
1 Brennstoffzellensystem, 2 Brennstoffzelle, 3 FC-Wandler, 4 Batterie, 5 Bat-Wandler, 6 Antriebsumrichter, 7 Triebmotor, 8a, 8b Hilfsumrichter, 9 Steuerung, C4 Kondensator, R1, R2 FC-Relais, R3, R4 Bat-Relais

Claims

Brennstoffzellensystem (1), aufweisend: eine Brennstoffzelle (2), die ein Brennstoffgas und ein Oxidationsgas aufnimmt und durch eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases elektrische Leistung erzeugt; einen Speicherabschnitt (4), der mit der elektrischen Leistung, die von der Brennstoffzelle (2) erzeugt wird, geladen werden kann; eine Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7), die elektrische Leistung von der Brennstoffzelle (2) und aus dem Speicherabschnitt (4) verbraucht; einen ersten Spannungswandler (3), der zwischen der Brennstoffzelle (2) und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) angeordnet ist; einen zweiten Spannungswandler (5), der zwischen dem Speicherabschnitt (4) und der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) angeordnet ist; ein Verbinder (R1, R2), der einen Pfad verbindet oder trennt, wobei der Pfad elektrische Leistung von dem ersten Spannungswandler (3) zu der Elektrische-Leistung-Verbrauchervorrichtung (7) zuführt und den ersten Spannungswandler (3) und den zweiten Spannungswandler (5) koppelt; und eine Steuerungseinrichtung (9), die durch den Verbinder (R1, R2) eine Verbindung oder eine Trennung des Pfads, der eine elektrische Leistung zuführt, steuert, wobei die Steuerungseinrichtung (9), wenn das System (1) startet, eine Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten Spannungswandler (3) und dem zweiten Spannungswandler (5) durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) derart steuert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert in einem Bereich ist, bei dem der Verbinder (R1, R2) verbinden kann, ohne dass ein Durch- oder Anschweißen des Verbinders (R1, R2) verursacht wird, und anschließend verbindet sie den Pfad, wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle (2) eingestellt ist und eine Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers (5) auf eine Leerlaufspannung des Speicherabschnitts (4) eingestellt ist, und die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) niedriger als die Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers (5) ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung (9) die Ausgangsspannungsdifferenz durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) auf eine Mindestspannung, die in einem stabilen Zustand durch den zweiten Spannungswandler (5) erhöht werden kann und über der Leerlaufspannung des Speicherabschnitts (4) liegt, und durch ein Erhöhen einer Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers (5) auf die Mindestspannung, derart steuert, dass die Ausgangsspannungsdifferenz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, wenn die Ausgangsspannung des ersten Spannungswandlers (3) niedriger als die Mindestspannung ist.