-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Notstartsystem und ein Notstartverfahren eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs und insbesondere ein Notstartsystem und ein Notstartverfahren eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs, mit denen ein Notstart durchführbar ist, wenn ein Gleichspannungs-Stromrichter zum Starten eine Störung aufweist.
-
Hintergrund
-
Ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug, das eines der umweltfreundlichen Fahrzeuge der Zukunft darstellt, fährt durch eine kontinuierliche Abgabe einer konstanten Leistung durch eine Brennstoffzelle und verwendet einen Betriebsmodus zum hilfsweisen Abgeben des unzureichenden Teils der Leistung von einem Superkondensator oder einer Hochspannungsbatterie, wenn die Leistung nicht ausreicht.
-
Wenn das Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug startet, wird die Brennstoffzelle durch Erhöhen einer Spannung unter Verwendung eines Gleichspannungs-Stromrichters zum Starten aktiviert, um eine Anlagenausgleichsvorrichtung (balance-of-plant – BOP) zu betreiben. Der Gleichspannungs-Stromrichter zum Starten arbeitet nur zum Zeitpunkt des Startens, aber ist nach dem Start nicht in Betrieb. Viele Schaltungen, Komponenten und dergleichen zum Steuern/Regeln eines Fahrzeugs sind innerhalb des Fahrzeugs angebracht, so dass die Schaltungen und die Komponenten aufgrund der Erhöhung der Betriebsstunden, aufgrund von Unfällen oder dergleichen ausfallen können. Jedoch, selbst wenn der nur zum Zeitpunkt des Starts verwendete Gleichspannungs-Stromrichter zum Starten ausfällt, ist es erforderlich, das Fahrzeug abzuschleppen und die ausgefallenen Komponenten zu ersetzen.
-
Die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds des erfindungsgemäßen Konzepts und sie können demzufolge Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die vorliegende Erfindung ist im Bestreben gemacht worden, um ein Notstartsystem und ein Notstartverfahren von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug bereitzustellen, mit denen ein Notstart durchführbar ist, wenn ein Start-Gleichspannungs-Stromrichter ausfällt.
-
Ein Ausführungsbeispiel stellt ein Notstartsystem von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug bereit, umfassend: eine Brennstoffzelle und einen Superkondensator, die durch einen Haupt-Busanschluss parallel geschaltet sind; einen Ansteuerwechselrichter, der mit dem Haupt-Busanschluss verbunden ist; einen Antriebsmotor, der mit dem Ansteuerwechselrichter verbunden ist; eine Anlagenausgleichsvorrichtung, die eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle zu aktivieren; einen Start-Gleichspannungs-Stromrichter, der eingerichtet ist, um die Art von Hilfsvorrichtungen anzusteuern; und eine Startsteuerung, die eingerichtet ist, um den Superkondensator zum Zeitpunkt eines Startens zu steuern. Die Startsteuerung kann ein Superkondensator-Relais, ein Anfangsladerelais und einen Anfangsladewiderstand umfassen, das Anfangsladerelais kann eine Mehrzahl von Relais umfassen und der Anfangsladewiderstand kann eine Mehrzahl von Widerständen umfassen.
-
Das Anfangsladerelais kann ein erstes und zweites Relais umfassen, die zueinander parallel geschaltet sind, und der Anfangsladewiderstand kann einen mit dem ersten Relais in Reihe geschalteten ersten Widerstand und einen mit dem zweiten Relais in Reihe geschalteten zweiten Widerstand umfassen.
-
Das erste Relais und der erste Widerstand können für einen Notstart verwendet werden.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel stellt ein Notstartverfahren von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug bereit, umfassend: Einschalten der Zündung eines Fahrzeugs; Bestimmen, ob ein Start-Gleichspannungs-Stromrichter des Fahrzeugs ausfällt; wenn der Start-Gleichspannungs-Stromrichter des Fahrzeugs ausfällt, Bestimmen, ob eine Restspannung eines Superkondensators gleich oder größer als eine Referenzspannung ist; und wenn die Restspannung des Superkondensators gleich oder größer als die Referenzspannung ist, Durchführen eines Notstarts unter Verwendung des Superkondensators.
-
Das Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug kann ein Superkondensator-Relais, ein Anfangsladerelais und einen Anfangsladewiderstand zum Starten des Fahrzeugs umfassen, das Anfangsladerelais kann eine Mehrzahl von Relais umfassen und der Anfangsladewiderstand kann eine Mehrzahl von Widerständen umfassen.
-
Das Durchführen des Notstarts kann umfassen: Aktivieren einer Brennstoffzelle durch Einschalten von zumindest einem der Mehrzahl von Relais, um eine Anlagenausgleichsvorrichtung zu betreiben; wenn die Brennstoffzelle aktiviert ist, Laden des Superkondensators durch Einschalten der Mehrzahl von Relais; und wenn das Laden des Superkondensators abgeschlossen ist, Einstellen eines Antriebsvorbereitungszustandes durch Einschalten des Superkondensator-Relais.
-
Das Anfangsladerelais kann ein erstes und zweites Relais umfassen, die zueinander parallel geschaltet sind, und der Anfangsladewiderstand kann einen mit dem ersten Relais in Reihe geschalteten ersten Widerstand und einen mit dem zweiten Relais in Reihe geschalteten zweiten Widerstand umfassen.
-
In dem Aktivieren der Brennstoffzelle kann das erste Relais in einem Ein-Zustand verbleiben und das zweite Relais kann in einem Aus-Zustand verbleiben, so dass die Brennstoffzelle unter Verwendung des ersten Widerstandes aktiviert werden kann.
-
In dem Aktivieren der Brennstoffzelle kann ein Strom mit der Zeit schrittweise erhöht werden.
-
Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen, wenn der Start-Gleichspannungs-Stromrichter eine Fehlfunktion aufweist, ist es möglich, einen Notstart durchzuführen, wenn die Restspannung des Superkondensators eine Referenzspannung Ve ist. Dementsprechend, selbst wenn der zu dem Zeitpunkt des Starts betriebene Start-Gleichspannungs-Stromrichter ausfällt, ist es möglich, zu veranlassen, dass sich das Fahrzeug in einem Normalzustand befindet, indem ein Notstart durch den Superkondensator durchgeführt wird. Demzufolge ist es möglich, eine Zeit und einen Aufwand aufgrund eines Abschleppens und dergleichen zu verringern.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das ein Notstartsystem von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Notstartverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
3 zeigt einen Graphen, der einen Strom zum Ansteuern einer BOP mit der Zeit in dem Notstartverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt und kann auf verschiedene Art und Weise verändert werden.
-
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das ein Notstartsystem von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Notstartsystem 100 von einem Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Brennstoffzelle 10 und einen Superkondensator 20, die durch einen Haupt-Busanschluss parallel geschaltet sind, einen Antriebsmotor 30, einen Ansteuerwechselrichter 40 zum Steuern des Antriebsmotors 30, eine Anlagenausgleichsvorrichtung (balance-of-plant – BOP) 50, einen Start-Gleichspannungs-Stromrichter (nachfolgend als ein ”Stromrichter” bezeichnet) 60, einen Ladewandler 70, eine Niederspannungsbatterie 62 und eine Startsteuerung 80 umfassen. Darüber hinaus kann das Notstartsystem 100 des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs ferner einen Wechselrichter 90 für einen Betrieb eines Kompressors und/oder von Pumpen, einen Wandler 92 zum Antreiben eines Gebläses/Lüfters und dergleichen umfassen.
-
Die Brennstoffzelle 10 wird als eine Hauptenergiequelle des Fahrzeugs verwendet und der Superkondensator 20 wird als eine Hilfsenergiequelle verwendet. Der Superkondensator 20, der eine Hilfsenergiequelle darstellt, mit der ein schnelles Laden und Entladen mit hoher Ausgangsleistung durchführbar ist, ergänzt die Leistung durch die Brennstoffzelle 10 und maximiert die Nutzung der regenerativen Energie, so dass die Brennstoffzelle 10 effizient verwendet werden kann. Wie oben beschrieben, wenn der Superkondensator 20 als die Hilfsenergiequelle verwendet wird, kann der Aufbau und die Steuerung des Systems 100 verglichen mit einem Fall, wo eine Hochspannungsbatterie verwendet wird, vereinfacht werden. Dementsprechend ist die Energieeffizienz ausgezeichnet, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
-
Eine Rückwärts-Sperrdiode (reverse blocking diode – RBD) 13, die in dem Haupt-Busanschluss 11 angebracht ist, um zu verhindern, dass ein Rückstrom zu der Brennstoffzelle 10 fließt.
-
Der Ansteuerwechselrichter 40 ist mit dem Haupt-Busanschluss 11 verbunden, der einen Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 und des Superkondensators 20 zum Umwandeln von Gleichstrom, der von der Brennstoffzelle 10 oder dem Superkondensator 20 bereitgestellt wird, in einen Wechselstrom darstellt, um den umgewandelten Wechselstrom an den Antriebsmotor 30 zuzuführen.
-
Der Antriebsmotor 30 ist mit dem Ansteuerwechselrichter 40 verbunden, um elektrische Energie des Wechselstromes, die von dem Ansteuerwechselrichter 40 bereitgestellt wird, in eine kinetische Rotationsenergie umzuwandeln.
-
Die BOP 50 bezieht sich auf ein Luftprozesssystem (air process system – APS), ein Wasserstoffprozesssystem (hydrogen process system – FPS) und dergleichen, die zum Betreiben des Systems notwendig sind. Da ein System unter Verwendung der Brennstoffzelle 10 keine Funktion zum natürlichen Ansaugen von Luft durch eine Hubbewegung eines Kolbens, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine aufweist, dient die BOP 50 zum Eintragen von Wasserstoff und Sauerstoff bis zur Leerlaufspannung Voc der Brennstoffzelle 10.
-
Der Start-Stromrichter 60 erhöht eine Spannung der Niederspannungsbatterie 62 auf eine hohe Spannung, mit der die BOP 50 betrieben werden kann, um die BOP 50 unter Verwendung der verstärkten Spannung zu betreiben. Zum Beispiel kann der Start-Stromrichter 60 24 V auf eine hohe Spannung erhöhen. Der Start-Stromrichter 60 wird nach dem Start nicht betrieben. Der Ladewandler 70 dient zum Laden der Niederspannungsbatterie 62. Verschiedene bekannte Anordnungen und Verfahren können bei dem Start-Stromrichter 60 und dem Ladewandler 70 angewendet werden.
-
Die Startsteuerung 80 entlädt und/oder lädt den Superkondensator 20 zu dem Zeitpunkt eines anfänglichen Starts oder eines Notstarts. Die Startsteuerung 80 umfasst ein Superkondensator-Relais 82, ein Anfangsladerelais 84 und einen Anfangsladewiderstand 86. Ferner kann die Startsteuerung 80 einen (elektronischen) Zerhacker 88 zum Steuern/Regeln der Strommenge umfassen, wenn der Superkondensator 20 geladen wird.
-
Das Anfangsladerelais 84 wird zu dem Zeitpunkt des anfänglichen Starts eingeschaltet, so dass der Superkondensator 20 durch den Anfangsladewiderstand 86 geladen wird. Das Anfangsladerelais 84 und der Anfangsladewiderstand 86 verhindern, dass ein übermäßiger Strom fließt, wenn der Superkondensator 20 unter Verwendung der Hochspannungs-Brennstoffzelle 10 geladen wird. Ferner wird das Superkondensator-Relais 82 eingeschaltet, wenn das Laden des Superkondensators 20 beendet ist, um den Superkondensator 20, der die Hilfsenergiequelle darstellt, mit dem Haupt-Busanschluss 11 zu verbinden.
-
In diesem Fall umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Anfangsladerelais 84 ein erstes und ein zweites Relais 84a und 84b und der Anfangsladewiderstand 86 umfasst einen ersten und einen zweiten Widerstand 86a und 86b. In diesem Fall können das erste Relais 84a und der erste Widerstand 86a in Reihe geschaltet werden, das zweite Relais 84b und der zweite Widerstand 86b können in Reihe geschaltet werden, und das erste Relais 84a und der erste Widerstand 86a und das zweite Relais 84b und der zweite Widerstand 86b können parallel geschaltet werden. Das Anfangsladerelais 84 und der Anfangsladewiderstand 86 werden durch eine Steuerung (nicht dargestellt) gesteuert, die mit einer übergeordneten Steuerung, die zum Steuern des Starts dient, in Verbindung steht.
-
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird es beschrieben, dass als ein Beispiel das Anfangsladerelais 84 die beiden Relais umfasst und der Anfangsladewiderstand 86 die beiden Widerstände umfasst, allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Demzufolge kann eine Mehrzahl von Anfangsladerelais 84 umfasst sein und kann eine Mehrzahl von Anfangsladewiderständen 86 umfasst sein.
-
Dementsprechend, wenn der Start-Stromrichter 60 eine Fehlfunktion aufweist und die Restspannung des Superkondensators 20, gleich oder größer als eine Referenzspannung Ve ist, kann der Notstart durchgeführt werden. Das heißt, wenn die Restspannung des Superkondensators 20 gleich oder größer als die Referenzspannung Ve ist, wird das erste Relais 84a eingeschaltet, um die BOP unter Verwendung des ersten Widerstandes 86a zu betreiben. Wenn die Brennstoffzelle 10 mit einer Spannung aktiviert wird, die gleich oder größer als die Spannung des Superkondensators 20 ist, wird das zweite Relais 84b ebenso wie das erste Relais 84a eingeschaltet, um in dem Superkondensator 20 verbrauchte Energie unter Verwendung des ersten und des zweiten Widerstands 86a und 86b zu laden.
-
Wie oben beschrieben, ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Start-Stromrichter 60 eine Fehlfunktion aufweist, möglich, den Notstart selbst dann durchzuführen, wenn die Restspannung des Superkondensators 20 die Referenzspannung ist. Es gibt im Stand der Technik insofern ein Problem, dass es notwendig ist, das Fahrzeug abzuschleppen und die Komponente zu ersetzen, selbst in einem Fall, wo der Start-Stromrichter, der nur zum Zeitpunkt des Starts betrieben wird, ausfällt, aber das Problem im Stand der Technik kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gelöst werden.
-
Nachstehend wird ein Notstartverfahren unter Verwendung des oben beschriebenen Notstartsystems 100 des Brennstoffzellen-Hybridfahrzeugs unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das das Notstartverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
-
Als erstes wird die Zündung eingeschaltet (IG ein). (S10)
-
Als nächstes wird es bestimmt, ob der Start-Stromrichter ausfällt. (S20).
-
In diesem Fall, wenn der Start-Stromrichter 60 nicht ausfällt, wird eine Spannung unter Verwendung des Start-Stromrichters 60 zum Betreiben der BOP 50 erhöht (S30), um dadurch die Brennstoffzelle 10 zu aktivieren. (S32) Ferner werden das erste und das zweite Relais 84a und 84b eingeschaltet, um den Superkondensator 20 durch en ersten und den zweiten Widerstand 86a und 86b zu laden. (S34).
-
Im Gegensatz dazu, wenn der Start-Stromrichter ausfällt, wird es bestimmt, ob die Restspannung Vsc des Superkondensators 20 die Referenzspannung Ve aufweist, die zum Betreiben der BOP 50 erforderlich ist. (S40) Hierbei ist die Referenzspannung ein Wert, der durch Multiplizieren der für das Betreiben der BOP erforderlichen Strommenge und des ersten Widerstandes 86a erhalten wird.
-
In diesem Fall, wenn die Restspannung Vsc des Superkondensators 20 kleiner als die Referenzspannung Ve ist, wird es bestimmt, dass der Start nicht möglich ist (S41).
-
Im Gegensatz dazu, wenn die Restspannung Vsc des Superkondensators 20 größer als die Referenzspannung Ve ist, wird das erste Relais 84 eingeschaltet (S42), um die BOP 50 zu betreiben (S44). Zum Beispiel, wenn der erste und der zweite Widerstand 86a und 86b den gleichen Wert aufweisen, wird eine Hälfte des anfänglichen Ladestromes in einem Normalzustand als ein Strom des Notstarts eingestellt. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Demzufolge ist es möglich, die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstands 86a und 86b durch Berechnen der für die BOP 50 notwendigen Leistung im Voraus zu planen. In diesem Fall dient die BOP 50 zum Zuführen von Wasserstoff und Sauerstoff bis zu der Leerlaufspannung Voc der Brennstoffzelle 10. Wie in 3 dargestellt, zieht die BOP nicht den übermäßig großen Strom durch schrittweises Erhöhen der Strommenge mit der Zeit, so dass es möglich ist, eine Last schrittweise zu beanspruchen. Demzufolge, wenn die Brennstoffzelle 10 aktiviert wird (S46), verbleiben das erste und das zweite Relais 84a und 84b in einem Ein-Zustand (S48). Dann werden das erste und das zweite Relais 84a und 84b eingeschaltet, so dass der Superkondensator 20 durch den ersten und den zweiten Widerstand 86a und 86b geladen werden kann.
-
Wenn das Laden des Superkondensators 20 beendet ist, wird das Superkondensator-Relais 82 eingeschaltet (S50), so dass der Superkondensator 20, der die Hilfsenergiequelle darstellt, mit dem Haupt-Busanschluss 11 verbunden wird. Dadurch wird ein Antriebsvorbereitungszustand abgeschlossen (S60).
-
Wie oben beschrieben, ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Start-Stromrichter 60 eine Fehlfunktion aufweist, möglich, den Notstart selbst dann durchzuführen, wenn die Restspannung des Superkondensators 20 die Referenzspannung Ve ist. Im Stand der Technik besteht ein Problem, dass es erforderlich ist, das Fahrzeug abzuschleppen und die Komponente zu ersetzen, selbst wenn der zum Zeitpunkt des Starts in Betrieb stehende Start-Stromrichter ausfällt. Das heißt, auch wenn der Start-Stromrichter ausfällt, wird die Brennstoffzelle aktiviert und dann wird der Superkondensator geladen, um einen Modus zu einem normalen Antriebsmodus zu überführen, so dass es möglich ist, den Notstart durchzuführen.
-
Die Eigenschaft, die Struktur/Anordnung, die Wirkung und dergleichen gemäß der obigen Beschreibung sind in zumindest einem Ausführungsbeispiel umfasst und sind nicht im Wesentlichen auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt. Ferner können die Eigenschaft, die Struktur/Anordnung und die Wirkung und dergleichen, die in dem jeweiligen Ausführungsbeispiel erläutert ist/sind, durch eine Kombination oder Modifikation für andere Ausführungsbeispiel durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung gehören, implementiert werden. Dementsprechend ist es derart auszulegen, dass die Inhalte in Bezug auf die Kombination und die Modifikation in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Notstartsystem
- 10
- Brennstoffzelle
- 20
- Superkondensator
- 80
- Startsystem
- 82
- Superkondensator-Relais
- 84
- Anfangsladerelais
- 86
- Anfangsladewiderstand
