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HINTERGRUND
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät einer Niederspannungsbatterie und ein Verfahren dafür. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Ladegerät einer Niederspannungsbatterie und ein Verfahren dafür, die eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie auf der Grundlage einer an die Brennstoffzelle zugeführten Luftmenge regeln und den Kraftstoffverbrauch und die Haltbarkeit der Brennstoffzelle verbessern können.
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(b) Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Brennstoffzellensystem, das bei einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Art eines umweltfreundlichen Fahrzeugs darstellt, eine Anwendung findet, umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie mit einer elektrochemischen Reaktion eines Reaktionsgases erzeugt, eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung, die Wasserstoff, der einen Brennstoff darstellt, an den Brennstoffzellenstapel zuführt, eine Luftversorgungsvorrichtung, die Luft einschließlich Sauerstoff, der ein für eine elektrochemische Reaktion erforderliches Oxidationsmittel darstellt, an den Brennstoffzellenstapel zuführt, ein Wärme- und Wasser-Management-System, das eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels durch Abführen von Wärme, die ein Nebenprodukt einer elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels darstellt, nach außen optimal einstellt, und das eine Wasser-Management-Funktion durchführt, und eine Brennstoffzellensteuerung, die das Brennstoffzellensystem betreibt.
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In einem Fahrzeug, in dem ein solches Brennstoffzellensystem eingebaut ist, wenn eine Brennstoffzelle als eine Leistungsquelle verwendet wird, ist die Brennstoffzelle für die Lasten von Bestandteilen verantwortlich, und somit kann sich in einem Betriebsbereich, in dem die Effizienz der Brennstoffzelle niedrig ist, die Leistung verschlechtern. Ferner, wenn eine plötzliche Last auf das Fahrzeug wirkt, kann der Antriebsmotor möglicherweise nicht vollständig mit Energie versorgt werden und somit kann sich die Leistung des Fahrzeugs aufgrund der Erzeugung von Elektrizität durch eine chemische Reaktion, die eine plötzliche Laständerung an der Brennstoffzelle verursacht, verschlechtern. Ferner, da die Brennstoffzelle Leistungseigenschaften in einer Richtung aufweist, wenn kein separater Energiespeicher vorhanden ist und das Fahrzeug bremst, kann Energie, die von einem Antriebsmotor fließt, nicht zurückgewonnen werden, und somit kann sich die Effizienz eines Fahrzeugs verschlechtern. Demzufolge ist als ein Verfahren zum Überwinden der Nachteile ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug entwickelt worden. Das Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug stellt ein System dar, in dem ein Energiespeicher, zum Beispiel einen Superkondensator oder eine Hochspannungsbatterie als eine separate Hilfsstromquelle zum Bereitstellen von Leistung, die erforderlich ist zum Antreiben/Betreiben einer Last, wie beispielsweise ein Antriebsmotor, zusätzlich zu einer Brennstoffzelle, die eine Hauptstromquelle in einem Fahrzeug darstellt, montiert ist.
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In einem Brennstoffzellen-Batterie-Hybridfahrzeug können eine Brennstoffzelle, die als eine Hauptleistungsquelle verwendet wird, und eine Hochspannungsbatterie, die als eine Hilfsleistungsquelle verwendet wird, parallel geschaltet werden, und die Hochspannungsbatterie (z.B. eine Hauptbatterie) und eine Niederspannungsbatterie (z.B. eine 12V-Hilfsbatterie) zum Betreiben von Niederspannungs-Antriebskomponenten des Fahrzeugs, d.h. eine Hochspannungsbatterie und eine Niederspannungsbatterie, die zwei Arten von Batterien darstellen, können zusammen montiert/eingebaut werden.
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Unterdessen ist die Brennstoffzelle eingerichtet, um elektrische Energie durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, und die an dem Brennstoffzellenstapel erzeugte elektrische Energiemenge ist proportional zur an den Brennstoffzellenstapel zugeführten Wasserstoffmenge. Die an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Wasserstoffmenge wird auf der Grundlage einer an den Brennstoffzellenstapel zugeführten Luftmenge bestimmt. Demzufolge sind Techniken/Verfahren zum Minimieren von in dem Brennstoffzellenstapel verwendeten Wasserstoff und Verbessern des Kraftstoffverbrauchs durch Ändern/Variieren einer Ladespannung der Niederspannungsbatterie, die an dem Brennstoffzellenstapel erzeugte elektrische Energie lädt, erforderlich.
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Die obigen Informationen, die in diesem Abschnitt offenbart werden, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, die einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt bereit ein Ladegerät einer Niederspannungsbatterie und ein Verfahren derselben, die eine Verwendung von Wasserstoff in einem Brennstoffzellenstapel minimieren und den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs verbessern, indem eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie verändert wird. Ferner stellt die vorliegende Erfindung bereit ein Ladegerät einer Niederspannungsbatterie und ein Verfahren derselben, die die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels verbessern, indem verhindert wird, dass eine Hochspannung an dem Brennstoffzellenstapel gebildet wird, wenn eine an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Luftmenge minimal ist.
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Ein Niederspannungsbatterieladegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen: einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um elektrische Energie durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen; ein Luftgebläse, das eingerichtet ist, um Luft an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen; ein Hochspannungs-Gleichstrom-(direct-current – DC)Wandler, der eingerichtet ist, um eine an dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Ausgangsspannung in eine Hochspannung umzuwandeln; eine Hochspannungsbatterie, die mit der durch den Hochspannungs-DC-Wandler umgewandelten Ausgangsspannung geladen wird; einen Niederspannungs—DC-Wandler, der eingerichtet ist, um die an dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Ausgangsspannung in eine Niederspannung umzuwandeln; eine Niederspannungsbatterie, die mit der durch den Niederspannungs— DC-Wandler umgewandelten Ausgangsspannung geladen wird; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie auf der Grundlage einer an den Brennstoffzellenstapel durch das Luftgebläse zugeführten Luftmenge variabel/veränderlich einzustellen.
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Die Steuerung kann eingerichtet sein, um die an den Brennstoffzellenstapel durch das Luftgebläse zugeführte Luftmenge in N Luftmengen zwischen einer minimalen Luftmenge und einer maximalen Luftmenge aufzuteilen, und kann eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie auf der Grundlage von N Ladespannungen, die den N Luftmengen entsprechen, zu laden. Die Ladespannung der Niederspannungsbatterie, die der minimalen Luftmenge entspricht, kann auf eine maximale Ladespannung eingestellt werden. Die Ladespannung der Niederspannungsbatterie, die der maximalen Luftmenge entspricht, kann auf eine minimale Ladespannung eingestellt werden. Die N Ladespannungen können schrittweise (z.B. inkrementell, graduell, stufenweise, etc.) zwischen der maximalen Ladespannung und der minimalen Ladespannung verringert werden. Die Steuerung kann ferner eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie auf der Grundlage einer Notfall-Ladespannung/Notladespannung zu laden, wenn ein Notbetrieb der Niederspannungsbatterie erforderlich ist.
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Ein Ladeverfahren einer Niederspannungsbatterie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann umfassen: Berechnen einer an einen Brennstoffzellenstapel zugeführten Luftmenge auf der Grundlage einer erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels; Bestimmen der Ladespannung der Niederspannungsbatterie, die der Luftmenge entspricht; und variables/veränderliches Laden der Niederspannungsbatterie auf der Grundlage der Ladespannung. Die Luftmenge kann in N Luftmengen zwischen einer minimalen Luftmenge und einer maximalen Luftmenge auf der Grundlage einer erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels aufgeteilt werden und die Ladespannung kann auf N Ladespannungen eingestellt werden, die den N Luftmengen entsprechen. Die Ladespannung, die der minimalen Luftmenge entspricht, kann auf die maximale Ladespannung eingestellt werden. Die Ladespannung, die der maximalen Luftmenge entspricht, kann auf die minimale Ladespannung eingestellt werden. Die N Ladespannungen können schrittweise zwischen der maximalen Ladespannung und der minimalen Ladespannung verringert werden.
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Das Ladeverfahren einer Niederspannungsbatterie kann ferner umfassen ein Bestimmen, ob ein Notbetrieb der Niederspannungsbatterie erforderlich ist, wenn die Luftmenge der maximalen Luftmenge entspricht, wobei die Niederspannungsbatterie durch die Notfall-Ladespannung geladen werden kann, wenn der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie erforderlich ist. Das Ladeverfahren einer Niederspannungsbatterie kann ferner umfassen ein Bestimmen, ob ein Notbetrieb der Niederspannungsbatterie erforderlich ist, wenn die Luftmenge der minimalen Luftmenge entspricht, wobei die Niederspannungsbatterie durch die Notfall-Ladespannung geladen werden kann, wenn der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie erforderlich ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da die Ladespannung der Niederspannungsbatterie auf der Grundlage der an den Brennstoffzellenstapel zugeführten Luftmenge variabel eingestellt werden kann, kann eine (verwendete) Wasserstoffmenge in dem Brennstoffzellenstapel minimiert werden, so dass es möglich ist, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. Ferner, da die Ladespannung der Niederspannungsbatterie auf der Grundlage der an den Brennstoffzellenstapel zugeführten Luftmenge variabel eingestellt werden kann, kann verhindert werden, dass eine Hochspannung an dem Brennstoffzellenstapel gebildet wird, und es kann möglich sein, die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Zeichnungen dienen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, so dass sie nicht derart ausgelegt werden sollen, dass die technische Lehre der vorliegenden Erfindung auf die beigefügten Zeichnungen beschränkt ist.
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1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Niederspannungsbatterieladegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer erforderlichen Leistung und einer Luftmenge eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Luftmenge und einer Ladespannung einer Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Ladeverfahren einer Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Wie ein Durchschnittsfachmann erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert/verändert werden, ohne jeweils von der Lehre oder dem Umfang/Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Es versteht sich, dass der Ausdruck "Fahrzeug" oder "Fahrzeug-" oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z.B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen “ein“, “eine/einer“ und “der/die/das“ dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke “aufweisen“ und/oder “aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck “und/oder“ jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
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Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff “ungefähr/in etwa“, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. “Ungefähr/in etwa“ kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff “ungefähr/in etwa“ verändert.
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Zur eindeutigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden Abschnitte/Teile, die nicht im Zusammenhang mit der Beschreibung stehen, weggelassen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente in der gesamten Beschreibung. Darüber hinaus sind die Größe und Dicke/Stärke jeder in den Zeichnungen dargestellten Anordnung/Konfiguration für ein besseres Verständnis und zur Erleichterung der Beschreibung willkürlich dargestellt, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. In den Zeichnungen sind die Dicken/Stärken von Schichten, Filmen/Folien, Platten, Bereichen, etc. zur verdeutlichen übertrieben dargestellt.
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Nachfolgend wird ein Niederspannungsbatterieladegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Niederspannungsbatterieladegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, kann ein Niederspannungsbatterieladegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen eine Brennstoffzelle mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstapeln 10, ein Luftgebläse 20, das eingerichtet ist, um Luft an den Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführen, einen Hochspannungs-DC-Wandler 30, der eingerichtet ist, um eine an dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte Ausgangsspannung umzuwandeln, eine Hochspannungsbatterie 40, die mit der durch den Hochspannungs-DC-Wandler 30 umgewandelten Ausgangsspannung geladen wird, einen Niederspannungs—DC-Wandler 50, der eingerichtet ist, um die Ausgangsspannung der Hochspannungsbatterie 40 umzuwandeln, eine Niederspannungsbatterie 60, die mit der durch den Niederspannungs—DC-Wandler 50 umgewandelten Ausgangsspannung geladen wird, und eine Steuerung 70, die eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle, das Luftgebläse 20, den Hochspannungs-DC-Wandler 30, die Hochspannungsbatterie 40, den Niederspannungs—DC-Wandler 50 und die Niederspannungsbatterie 60 zu betreiben.
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Der Brennstoffzellenstapel 10 kann eingerichtet sein, um elektrische Energie durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Eine Anordnung/Konfiguration des Brennstoffzellenstapels 10 ist einem Durchschnittsfachmann bekannt und somit wird eine ausführliche Beschreibung hierin nicht vorgesehen. Ferner kann das Luftgebläse 20 eingerichtet sein, um ein Reaktionsgas aus Wasserstoff und Luft an den Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführen.
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Der Hochspannungs-DC-Wandler 30 kann eingerichtet sein, um an dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte elektrische Energie in einen Hochspannungs-Gleichstrom umzuwandeln, und der unter Verwendung des Hochspannungs-DC-Wandlers 30 umgewandelte Hochspannungs-Gleichstrom kann in die Hochspannungsbatterie 40 geladen werden. Der in die Hochspannungsbatterie 40 geladene Hochspannungs-Gleichstrom kann an die Hochspannungskomponenten, wie beispielsweise ein Antriebsmotor und das Luftgebläse 20 eines Fahrzeugs, zugeführt werden. Hierbei bedeutet die Hochspannung eine Spannung größer als ungefähr 100 V, beispielsweise 150 V, 300 V, 450 V oder 650 V.
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Der Niederspannungs—DC-Wandler 50 kann eingerichtet sein, um an dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte elektrische Energie in einen Niederspannungs-Gleichstrom umzuwandeln, und der unter Verwendung des Niederspannungs—DC-Wandlers 50 umgewandelte Niederspannungs-Gleichstrom kann in die Niederspannungsbatterie 60 geladen werden. Der in die Niederspannungsbatterie 60 geladene Niederspannungs-Gleichstrom kann an Niederspannungskomponenten, wie beispielsweise eine Navigationsvorrichtung oder ein Audiogerät, zugeführt werden. Hierbei bedeutet die Niederspannung eine Spannung kleiner als ungefähr 100 V, zum Beispiel 12 V, 24 V oder 48 V.
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Die Steuerung 70 kann durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, die durch ein vorgegebenes Programm betrieben werden, wobei das vorgegebene Programm eingerichtet ist, um die Schritte des Ladeverfahrens einer Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Insbesondere kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um eine an den Brennstoffzellenstapel 10 durch das Luftgebläse 20 zugeführte Luftmenge auf der Grundlage einer erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 einzustellen und um eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 durch die Luftmenge einzustellen.
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Nachfolgend wird das Ladeverfahren der Niederspannungsbatterie 60 unter Verwendung der Luftmenge ausführlich beschrieben. 2 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer erforderlichen Leistung und einer Luftmenge eines Brennstoffzellenstapels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 2 zeigt die x-Achse eine erforderliche Leistung des Brennstoffzellenstapels und die y-Achse zeigt die an den Brennstoffzellenstapel zugeführte Luftmenge. 3 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Luftmenge und einer Ladespannung einer Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 3 zeigt die x-Achse die Luftmenge und die y-Achse zeigt eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie.
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Wie in 2 gezeigt, ist/verläuft die Luftmenge gemäß der erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 ähnlich einer Hysteresekurve. Die Steuerung 70 kann eingerichtet sein, um die an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte Luftmenge in N Luftmengen zwischen einer minimalen Luftmenge und einer maximalen Luftmenge aufzuteilen. 3 zeigt eine Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60, die den an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführten N Luftmengen entspricht. Die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60, die der minimalen Luftmenge entspricht, kann auf eine maximale Ladespannung eingestellt werden, und die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60, die der maximalen Luftmenge entspricht, kann auf eine minimale Ladespannung eingestellt werden. Die N Ladespannungen können schrittweise (z.B. inkrementell) zwischen der maximalen Ladespannung und der minimalen Ladespannung verringert werden.
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Unterdessen, wenn ein Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 erforderlich ist, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage einer vorgegebenen Notfall-Ladespannung zu laden. Der Notbetrieb kann stattfinden, wenn der Brennstoffzellenstapel 10 oder die Hochspannungsbatterie 40 nicht in Ordnung ist (z.B. tritt ein Fehler auf oder es wird eine Fehlfunktion/Störung erfasst). Insbesondere kann die Notfall-Ladespannung auf eine maximale Ladespannung eingestellt werden, die in der Lage ist, die Niederspannungsbatterie 60 zu laden.
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Nachfolgend wird ein Ladeverfahren der Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Ladeverfahren einer Niederspannungsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 4 dargestellt, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die an den Brennstoffzellenstapel 10 durch das Luftgebläse 20 zugeführte Luftmenge auf der Grundlage der erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 in Schritt S10 zu berechnen.
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Die Steuerung 70 kann dann eingerichtet sein, um eine Ladespannung, die der Luftmenge der Niederspannungsbatterie 60 entspricht, in Schritt S20 einzustellen. Die an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte Luftmenge kann in N Luftmengen auf der Grundlage der erforderlichen Leistung des Brennstoffzellenstapels 10 zwischen der minimalen Luftmenge und der maximalen Luftmenge aufgeteilt werden, und die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 kann entsprechend den N Ladespannungen, die den N Luftmengen entsprechen, eingestellt werden. Die N Ladespannungen können derart eingestellt werden, so dass sie zwischen der maximalen Ladespannung und der minimalen Ladespannung schrittweise verringert werden. Die Ladespannung, die der minimalen Luftmenge entspricht, kann auf eine maximale Ladespannung eingestellt werden, und die Ladespannung, die der maximalen Luftmenge entspricht, kann auf eine minimale Ladespannung eingestellt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung können die N Ladespannungen zwischen der maximalen Ladespannung und der minimalen Ladespannung als allgemeine Ladespannungen bezeichnet werden.
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Die Steuerung 70 kann ferner eingerichtet sein, um die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage der Luftmenge in Schritt S30 zu bestimmen. Wenn die Ladespannung der allgemeinen Ladespannung zwischen der minimalen Ladespannung und der maximalen Ladespannung entspricht, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage einer vorgegebenen allgemeinen Ladespannung in Schritt S40 zu laden. Wenn die Ladespannung der minimalen Ladespannung entspricht, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um in Schritt S50 zu bestimmen, ob der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 erforderlich ist.
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Wenn der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 erforderlich ist, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage der vorgegebenen Notfall-Ladespannung in Schritt S54 zu laden. Wenn jedoch der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 nicht erforderlich ist, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage der minimalen Ladespannung in Schritt S52 zu laden. In dem Schritt S30, wenn die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 der maximalen Ladespannung entspricht, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um in Schritt S60 zu bestimmen, ob der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 erforderlich ist.
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Wenn der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 erforderlich ist, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage der vorgegebenen Notfall-Ladespannung in Schritt S64 zu laden. Wenn jedoch der Notbetrieb der Niederspannungsbatterie 60 nicht erforderlich ist, kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, um die Niederspannungsbatterie 60 auf der Grundlage der minimalen Ladespannung in Schritt S62 zu laden. Demzufolge kann der Notbetrieb bestimmt werden, wenn die Ladespannung der minimalen Ladespannung oder der maximalen Ladespannung entspricht, da die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 normal eingestellt werden kann, wenn die Ladespannung der allgemeinen Ladespannung entspricht (wenn beispielsweise kein Fehler auftritt).
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Wie oben beschrieben, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 verringert werden, wenn die an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte Luftmenge erhöht wird, und somit kann es möglich sein, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. Zusätzlich kann die Ladespannung der Niederspannungsbatterie 60 erhöht werden, wenn die an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte Luftmenge verringert wird, und somit kann verhindert werden, dass eine hohe Spannung/Hochspannung an dem Brennstoffzellenstapel 10 gebildet wird. Demzufolge kann es möglich sein, die Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels 10 zu verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennstoffzellenstapel
- 20
- Luftgebläse
- 30
- Hochspannungs-DC-Wandler
- 40
- Hochspannungsbatterie
- 50
- Niederspannungs—DC-Wandler
- 60
- Niederspannungsbatterie
- 70
- Steuerung
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Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.
