DE102015220219A1

DE102015220219A1 - Sicherheitsvorrichtung eines brennstoffzellenfahrzeugs und verfahren zum steuern der sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015220219A1
Application number: DE102015220219.4A
Authority: DE
Inventors: Juhan Kim; Young Bum Kum; Yong Sun Park; Soon Il Jeon; Nam Woo Lee; Sae Hoon Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US20160141863A1; KR101628107B1; US10277025B2; KR20160059830A

Abstract

Eine Sicherheitsvorrichtung verwendet eine Brennstoffzelle und eine Hochspannungsbatterie als eine Energiequelle und umfasst: einen ersten Spannungssensor, der eine Spannung einer positiven Seite eines Spannungsbusses misst; einen zweiten Spannungssensor, der eine Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses misst; und eine Steuerung, die eine elektrische Isolation zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses bestimmt und eine elektrische Isolation zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses bestimmt.

Description

HINTERGRUND
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Eine Brennstoffzelle bezieht sich auf eine Energieerzeugungsvorrichtung, die durch Oxidieren eines Brennstoffs erzeugte chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Die Brennstoffzelle kann einer chemischen Batterie ähnlich sein, da beide im Grunde eine Oxidations- und Reduktionsreaktion verwenden, aber die Brennstoffzelle kann sich von der chemischen Batterie unterscheiden, weil in der Brennstoffzelle Reaktanten kontinuierlich von der Außenseite zugeführt werden und Reaktionsprodukte an die Außenseite eines Systems ausgetragen werden. Jedoch wird in der chemischen Batterie eine Batteriereaktion in einem geschlossenen System durchgeführt. Da die Brennstoffzelle die Reaktionsprodukte wie Wasser erzeugt, ist die Forschung über ein Brennstoffzellenfahrzeug als ein umweltfreundliches Fahrzeug aktiv weiterverfolgt worden.
Eine Vielzahl von Aufprallsensoren kann vorgesehen werden, um eine Kollision eines Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen/abzutasten. Zum Beispiel bestimmt eine Airbag-Steuereinheit (airbag control unit – ACU) auf der Grundlage von Signalen, die von der Vielzahl von Aufprallsensoren eingegeben werden, ob sich ein Airbag ausdehnen/entfalten soll.
Wenn die Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs nur auf der Grundlage der von der Vielzahl von Aufprallsensoren eingegebenen Signale bestimmt wird, ist es jedoch schwierig oder unmöglich, zu bestimmen, ob eine tatsächliche Kollision aufgetreten ist. Zum Beispiel kann im Falle eines Ausfalls des Aufprallsensors selbst, einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses eines mit dem Aufprallsensor verbundenen Leitungsdrahtes, eines Ausfalls eines Ausgangssignals des Aufprallsensors oder dergleichen, ein Auftreten einer tatsächlichen Kollision nicht bestimmt werden. Einige Hochspannungssysteme des Brennstoffzellenfahrzeugs können aufgrund eines Überlaufens, einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit, die nicht ausreichend ist, um den Airbag zu entfalten, oder einer bestimmten Kollision (z.B. ein Streifen eines Bordsteins), die außerhalb eines Erfassungsbereichs des Aufprallsensors auftritt, beschädigt werden, und folglich können ein Sekundärunfalls wie ein Stromschlagunfall oder ein elektrischer Brand auftreten.
Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sie können demzufolge Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt bereit eine Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern/Regeln der Sicherheitsvorrichtung mit den Vorteilen, dass ein Stromschlagunfall verhindert werden kann, indem bestimmt wird, ob eine elektrische Isolation zwischen einer Stromquelle und einem elektrischen Chassis beibehalten wird.
Eine Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, kann gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: einen ersten Spannungssensor, der eingerichtet ist, um eine Spannung einer positiven Seite eines Spannungsbusses zu messen; einen zweiten Spannungssensor, der eingerichtet ist, um eine Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses zu messen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine elektrische Isolation zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und einem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses zu bestimmen und eine elektrische Isolation zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses zu bestimmen, wobei die Steuerung bestimmen kann, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird, und bestimmen kann, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Wenn die Steuerung bestimmt, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis oder der Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, kann die Steuerung in einen Sicherungs-Modus (abgesicherten Modus) eintreten.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen: ein erstes Relais, das auf der positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist; und ein zweites Relais, das auf der negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, wobei die Steuerung das erste Relais und das zweite Relais zum Abschalten des an den Stromverbraucher zugeführten Stromes in dem abgesicherten Modus ausschalten kann.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen ein erstes Ventil, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet sein kann, um das erste Ventil zu öffnen und zu schließen, und wobei das erste Ventil zum Absperren des an die Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffes in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen werden kann.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen ein zweites Ventil, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet sein kann, um das zweite Ventil zu öffnen und zu schließen, und wobei das zweite Ventil zum Absperren der an die Brennstoffzelle zugeführten Luft in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen werden kann.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung (Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor) umfassen, die eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen, wobei, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich dem ersten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, oder wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich der vorgegebenen Geschwindigkeit ist, die Steuerung in den abgesicherten Modus eintreten kann.
Ein Verfahren zum Steuern/Regeln einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, können gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: Empfangen/Aufnehmen einer Spannung einer positiven Seite eines Spannungsbusses und einer Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses; Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und einem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird; und Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Das Verfahren kann ferner umfassen ein Eintreten in einen abgesicherten Modus, wenn bestimmt wird, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis oder der Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Ausschalten eines ersten Relais, das auf der positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; Ausschalten eines zweiten Relais, das auf der negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; vollständiges Schließen eines ersten Ventils, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; und vollständiges Schließen eines zweiten Ventils, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus.
Eine Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, können gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: einen Nullsystem-Stromwandler (zero-sequence current transformer – ZCT), der einen Spannungsbus umgibt; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine elektrische Isolierung zwischen der Stromquelle und einem elektrischen Chassis auf der Grundlage einer in dem ZCT induzierten Spannung zu bestimmen, wobei die Steuerung ein Warnsignal erzeugen kann, wenn die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist.
Die Steuerung kann bestimmen, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Wenn die Steuerung bestimmt, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, kann die Steuerung in einen abgesicherten Modus eintreten.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen: ein erstes Relais, das auf einer positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist; und ein zweites Relais, das auf einer negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, wobei die Steuerung das erste Relais und das zweite Relais zum Abschalten des an den Stromverbraucher zugeführten Stromes in dem abgesicherten Modus ausschalten kann.
Der ZCT kann zwischen der Stromquelle, dem ersten Relais und dem zweiten Relais angeordnet/eingefügt sein.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen ein erstes Ventil, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet sein kann, um das erste Ventil zu öffnen und zu schließen, und wobei das erste Ventil zum Absperren des an die Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffes in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen werden kann.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen ein zweites Ventil, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet sein kann, um das zweite Ventil zu öffnen und zu schließen, und wobei das zweite Ventil zum Absperren der an die Brennstoffzelle zugeführten Luft in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen werden kann.
Die Sicherheitsvorrichtung kann ferner umfassen eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung (Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor) umfassen, der eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen, wobei, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, die Steuerung in den abgesicherten Modus eintreten kann.
Ein Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, kann gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: Empfangen/Aufnehmen einer in dem einen Spannungsbus umgebenden Nullsystem-Stromwandler (zero-sequence current transformer – ZCT) induzierten Spannung und Erzeugen eines Warnsignals, wenn die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist.
Das Verfahren kann ferner umfassen ein Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und einem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Eintreten in einen abgesicherten Modus, wenn bestimmt wird, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist; Ausschalten eines auf einer positiven Seite des Spannungsbusses angeordneten ersten Relais in dem abgesicherten Modus; Ausschalten eines auf einer negativen Seite des Spannungsbusses angeordneten zweiten Relais in dem abgesicherten Modus; vollständiges Schließen eines ersten Ventils, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; und vollständiges Schleißen eines zweiten Ventils, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann es schnell bestimmt werden, dass die elektrische Isolierung zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann ein Stromschlagunfall verhindert werden, indem die Versorgung mit Strom, Wasserstoff und Luft abgeschaltet/abgesperrt wird, wenn die elektrische Isolierung ausgefallen/mangelhaft ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellenfahrzeuges gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges auf der Grundlage einer Spannung einer positiven Seite des Spannungsbusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges auf der Grundlage einer Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellenfahrzeuges gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges auf der Grundlage einer Spannung einer positiven Seite des Spannungsbusses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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 Ausführungsformen auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne von der Lehre oder dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Zeichnungen und die Beschreibung sind als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente überall in der Beschreibung.
Ferner ist jede in den Zeichnungen dargestellt Konfiguration/Anordnung für ein besseres Verständnis und zur Vereinfachung der Beschreibung beliebig/willkürlich dargestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
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. In der gesamten Beschreibung, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben ist, werden das Wort “aufweisen/umfassen“ und Variationen wie “aufweist/umfasst“ oder “aufweisend/umfassend“ derart verstanden, dass dies die Einbeziehung der genannten Elemente aber nicht der Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen bedeutet. Darüber hinaus bedeuten die Begriffe “...Einheit“, “...-er“, “...-or“ und “...Modul“, die in der Beschreibung beschreiben werden, Einheiten zum Verarbeiten von zumindest einer Funktion und Operation, und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen davon realisiert/implementiert werden.
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.
Ferner 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).
1 stellt ein beispielhaftes Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 1 gezeigt, verwendet ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Energiequelle 10 mit einer Brennstoffzelle 12 und einer Hochspannungsbatterie 14. Insbesondere dienen oder arbeiten die Brennstoffzelle 12 und die Hochspannungsbatterie 14 vorzugsweise zusammen als die Energiequelle 10. Eine Sicherheitsvorrichtung 100 des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann einen an einen Stromverbraucher 30 zugeführten Strom und von einem Wasserstofftank 42 an die Brennstoffzelle 12 zugeführten Wasserstoff nach Maßgabe einer Steuerung 20 abschalten.
Der Stromverbraucher 30 kann einen das Brennstoffzellenfahrzeug antreibenden Antriebsmotor und eine Vielfalt von elektronischen Vorrichtungen, die Strom verbrauchen, umfassen.
Die Brennstoffzelle 12 erzeugt Leistung/Strom durch eine elektrische und chemische Reaktion von Wasserstoff als einen Brennstoff und Luft als ein Oxidationsmittel. Der erzeugte Strom kann an den Stromverbraucher 30 zugeführt werden.
Der in dem Wasserstofftank 42 bevorratete Wasserstoff kann an die Brennstoffzelle 12 durch eine Wasserstoffversorgungsleitung 44 zugeführt werden. Ein erstes Ventil 46 ist an der Wasserstoffversorgungsleitung 44, die den Wasserstofftank 42 und die Brennstoffzelle 12 miteinander verbindet, angeordnet. Das erste Ventil 46 kann nach Maßgabe der Steuerung 20 geöffnet oder geschlossen werden, und wenn das erste Ventil 46 vollständig geschlossen wird, kann die Zufuhr von Wasserstoff abgeschaltet/abgesperrt werden.
Ein Luftgebläse 52 kann Außenluft einschließlich Sauerstoff an die Brennstoffzelle 12 durch eine Luftversorgungsleitung 54 zuführen. Ein zweites Ventil 56 ist an der Luftversorgungsleitung 54 angeordnet. Das zweite Ventil 56 kann nach Maßgabe der Steuerung 20 geöffnet oder geschlossen werden, und wenn das zweite Ventil 56 vollständig geschlossen wird, kann die Zufuhr von Luft abgeschaltet/abgesperrt werden.
Ein erstes Relais 34 ist auf einer positiven Seite eines Spannungsbusses 32 angeordnet und ein zweites Relais 38 ist auf einer negativen Seite des Spannungsbusses 32 angeordnet. Während sich das erste Relais 34 und das zweite Relais 38 in einem eingeschalteten Zustand/Einschalt-Zustand (d.h., ein “Ein“-Zustand) befinden, kann der von der Energiequelle 10 erzeugte Strom an den Stromverbraucher 30 zugeführt werden.
Der erste Spannungssensor 62 kann eine Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 messen und ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerung 20 übertragen. Der zweite Spannungssensor 64 kann eine Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 messen und ein dazu entsprechendes Signal an die Steuerung 20 übertragen. Der erste und der zweite Spannungssensor 62 und 64 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können ausreichend sein, wenn sie die Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 beziehungsweise die Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 messen können. Alternativ können zusätzliche Sensoren vorgesehen werden. Zum Beispiel kann sowohl der erste als auch der zweite Spannungssensor 62 und 64 durch eine Spannungserfassungsschaltung, die auf einem Substrat gebildet ist, ersetzt werden. Somit versteht es sich in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen, dass die ersten und zweiten Spannungssensoren 62 und 64 jegliche Vorrichtung umfassen können, die die Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und die Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 messen kann.
Ein elektrisches Chassis 70 kann als eine elektrische Masse des Brennstoffzellenfahrzeugs dienen.
Ein Isolationswiderstand R_P entspricht einer Widerstandskomponente zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 und ein Isolationswiderstand R_N entspricht einer Widerstandskomponente zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrisches Chassis 70. Wenn sich die Isolationswiderstände R_P und R_N in einem normalen Zustand befinden, sind die Isolationswiderstände der Isolationswiderstände R_P und R_N in der Theorie unendlich.
Herkömmlicherweise wird eine Isolationswiderstands-Messvorrichtung 80 in dem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen, um Isolationswiderstande der Isolationswiderstande R_P und R_N zu messen. Die Isolationswiderstände müssen für eine Sicherheitseigenschaft des Brennstoffzellenfahrzeugs größer als etwa 100 [Ω/Vdc] sein. Die Isolationswiderstands-Messvorrichtung 80 umfasst eine Mehrzahl von Schaltelementen, einen Erfassungswiderstand und dergleichen. Wenn die elektrische Isolierung zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 nicht besteht (d.h., es fließt ein Leckstrom von der Energiequelle 10 durch den Isolationswiderstand R_P oder R_N), fließt ein Leckstrom an die Isolationswiderstands-Messvorrichtung 80 und dann kann die Isolationswiderstands-Messvorrichtung 80 einen Isolationswiderstand des Isolationswiderstandes R_P oder R_N unter Verwendung einer Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstandes messen. Der Isolationswiderstand wird an die Steuerung 20 übertragen.
Die Steuerung 20 kann durch zumindest einen durch ein vorgegebenes Programm ausgeführten Mikroprozessor implementiert werden. Das vorgegebene Programm kann eine Reihe von Befehlen/Anweisungen zum Durchführen eines jeden Schritts, der in einem Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung 100 des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ist, umfassen, was nachfolgend beschrieben wird.
Die Steuerung 20 kann Betätigungen/Operationen des ersten Relais 34, des zweiten Relais 38, des ersten Ventils 46 und des zweiten Ventils 56 steuern/regeln.
Eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung (Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor) 90 kann eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs erfassen und kann an einem Rad des Brennstoffzellenfahrzeugs angebracht werden.
Nachstehend wird das Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 bis 4 ausführlich beschrieben.
2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges auf der Grundlage einer Spannung einer positiven Seite des Spannungsbusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und 3 zeigt einen Graphen zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 2 und 3 kann die Steuerung 20 die Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 von einem ersten Spannungssensor 62 in Schritt S100 aufnehmen/empfangen.
Die Steuerung 20 kann die Spannung V_P und einen vorgegebenen Wert V_{ref_P} in Schritt S110 vergleichen. Der vorgegebene Wert V_{ref_P} kann ein Wert nahe Null sein und kann auf einen Wert eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird, um zu bestimmen, ob ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Wenn die Spannung V_P kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_P} in Schritt S110 ist, kann die Steuerung 20 eine verstrichene Zeit T_{verstrichen_P} in Schritt S120 zählen, nachdem die Spannung V_P den vorgegebenen Wert V_{ref_P} erreicht.
Wenn die Spannung V_P größer als der vorgegebene Wert V_{ref_P} in Schritt S110 ist, kann die Steuerung 20 die gezählte verstrichene Zeit T_{verstrichen_P} auf Null in Schritt S130 zurücksetzen.
Die Steuerung 20 kann die verstrichene Zeit T_{verstrichen_P} und eine vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S140 vergleichen. Die vorgegebene Zeit T_ref kann auf einen Wert eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird. Der vorgegebene Zeit T_ref kann auf einen Wert eingestellt werden, der kleiner als eine Zeit T_m ist. Die Zeit T_m ist eine Zeit, die aufgewendet wird, um den Isolationswiderstand unter Verwendung der Spannung an beiden Enden des Erfassungswiderstandes durch Schaltoperationen der Mehrzahl von Schaltelementen der Isolationswiderstands-Messvorrichtung 80 zu messen. Somit ist es möglich, schnell zu bestimmen, ob ein Isolationsdurchschlag aufgetreten ist, früher als bei der Verwendung des Isolationswiderstandes.
Wenn die verstrichene Zeit T_{verstrichen_P} kleiner als die vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S140 ist, kann die Steuerung 20 von dem Schritt S100 erneut starten/beginnen.
Wenn die verstrichene Zeit T_{verstrichen_P} größer als oder gleich der vorgegebenen Zeit T_ref in Schritt S140 ist, kann die Steuerung 20 in Schritt S150 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Zusammenfassend, wenn der Zustand, wo die Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_P} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird, kann die Steuerung 20 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Wenn es bestimmt wird, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist, kann die Steuerung 20 in einen Sicherheits-Modus/abgesicherten Modus in Schritt S160 eintreten. In dem abgesicherten Modus kann die Steuerung 20 einen an den Stromverbraucher 30 zugeführten Strom und an die Brennstoffzelle 12 zugeführten Wasserstoff abschalten/absperren. Insbesondere können das erste Relais 34 und das zweiten Relais 38 gemäß Steuersignalen CONT1 und CONT2 der Steuerung 20 ausgeschaltet werden, so dass der von der Energiequelle/Stromquelle 10 an den Stromverbraucher 30 zugeführte Strom abgeschaltet werden kann. Das erste Ventil 46 kann gemäß einem Steuersignal CONT3 der Steuerung 20 vollständig geschlossen werden, wodurch der an die Brennstoffzelle 12 zugeführte Wasserstoff abgesperrt wird. Darüber hinaus kann das zweite Ventil 56 gemäß einem Steuersignal CONT4 der Steuerung 20 vollständig geschlossen werden, wodurch die man die Brennstoffzelle 12 zugeführte Luft abgesperrt wird.
Alternativ kann die Steuerung 20 auf der Grundlage einer von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 90 eingegebenen Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs bestimmen, ob in den abgesicherten Modus eingetreten werden soll. Im Falle eines Ausfalls des ersten Spannungssensors 62 selbst, einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses eines mit dem ersten Spannungssensor 62 verbundenen Leitungsdrahtes, eines Ausfalls/Fehlers eines Ausgangssignals des ersten Spannungssensors 62 oder dergleichen, kann die Steuerung 20 möglicherweise gemäß einer nicht korrekt gemessenen Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses 32 nicht richtig bestimmen, dass eine Kollision/Aufprall (oder ein Überlaufzustand) aufgetreten ist. Demzufolge, wenn der Zustand, wo die Spannung V_P der positiven Seite des Spannungsbusses 32 kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_P} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, kann die Steuerung 20 in den abgesicherten Modus eintreten. Die vorgegebene Geschwindigkeit kann auf einen Wert [z.B. 0 [km/h]) eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird. Folglich kann es genau bestimmt werden, ob sich das Brennstoffzellenfahrzeug in dem Risikozustand, wie beispielsweise eine Kollision/Aufprall oder ein Überlaufzustand, befindet.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges auf der Grundlage einer Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 4 ist das Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage der Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ähnlich dem Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage der Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses, das in 2 gezeigt ist.
Die Steuerung 20 kann die Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 von dem zweiten Spannungssensor 64 in Schritt S105 aufnehmen/empfangen.
Die Steuerung 20 kann die Spannung V_N und einen vorgegebenen Wert V_{ref_N} in Schritt S115 vergleichen. Der vorgegebene Wert V_{ref_N} kann ein Wert nahe Null sein und kann auf einen Wert eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird, um zu bestimmen, ob ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Wenn die Spannung V_N größer als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_2} in Schritt S115 ist, kann die Steuerung 20 eine verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} in Schritt S125 zählen, nachdem die Spannung V_N den vorgegebenen Wert V_{ref_N} erreicht.
Wenn die Spannung V_N kleiner als der vorgegebene Wert V_{ref_N} in Schritt S115 ist, kann die Steuerung 20 die gezählte verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} auf Null in Schritt S135 zurücksetzen.
Die Steuerung 20 kann die verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} und die vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S145 vergleichen.
Wenn die verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} kleiner als die vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S145 ist, kann die Steuerung 20 von dem Schritt S105 erneut starten/beginnen.
Wenn die verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} größer als oder gleich der vorgegebenen Zeit T_ref in Schritt S145 ist, kann die Steuerung 20 in Schritt S155 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Zusammenfassend, wenn der Zustand, wo die Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 größer als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_N} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird, kann die Steuerung 20 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Wenn es bestimmt wird, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses 32 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist, kann die Steuerung 20 in einen Sicherheits-Modus/abgesicherten Modus in Schritt S165 eintreten.
Alternativ kann die Steuerung 20 auf der Grundlage einer von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 90 eingegebenen Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs bestimmen, ob in den abgesicherten Modus eingetreten werden soll. Im Falle eines Ausfalls des zweiten Spannungssensors 64 selbst, einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses eines mit dem zweiten Spannungssensor 64 verbundenen Leitungsdrahtes, eines Ausfalls/Fehlers eines Ausgangssignals des zweiten Spannungssensors 64 oder dergleichen, kann die Steuerung 20 möglicherweise gemäß einer nicht korrekt gemessenen Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses 32 nicht richtig bestimmen, dass eine Kollision/Aufprall (oder ein Überlaufzustand) aufgetreten ist. Demzufolge, wenn der Zustand, wo die Spannung V_N der negativen Seite des Spannungsbusses 32 größer als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_N} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich der vorgegebenen Geschwindigkeit ist, kann die Steuerung 20 in den abgesicherten Modus eintreten.
5 zeigt ein beispielhaftes Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 5 ist das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ähnlich, außer dass das in 5 dargestellte Brennstoffzellenfahrzeug einen Nullsystem-Stromwandler (zero-sequence current transformer – ZCT) 60 umfasst. Demzufolge werden Beschreibungen der gleichen Bestandteile wie jene des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weggelassen.
Der ZCT 60 umgibt den Spannungsbus 32. Insbesondere ist der ZCT 60 zwischen der Energiequelle 10, dem ersten Relais 34 und dem zweiten Relais 38 angeordnet.
Wenn sich die Isolationswiderstände R_P und R_N in dem normalen Zustand befinden, sind ein durch die positive Seite des Spannungsbusses 32 fließender Strom I_P und ein durch die negative Seite des Spannungsbusses 32 fließender Strom I_N gleich (d.h., I_P = I_N). Demzufolge ist eine Summe aus einem durch den Strom I_P erzeugten magnetischen Feld H_P und einem durch den Strom I_N erzeugten magnetischen Feld H_N Null (d.h., H_P + H_N = 0), und somit wird keine Spannung in dem ZCT 60 induziert.
Wenn die elektrische Isolierung zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 ausgefallen ist, kann ein Leckstrom I_G durch die Isolationswiderstände R_P oder R_N fließen. Als ein Ergebnis, weil die Summe der magentischen Felder H_P und H_N nicht Null ist, wird eine Spannung in dem ZCT 60 induziert. Die in dem ZCT 60 induzierte Spannung wird an die Steuerung 20 übertragen.
Die Steuerung 20 kann durch zumindest einen durch ein vorgegebenes Programm ausgeführten Mikroprozessor implementiert werden. Das vorgegebene Programm kann eine Reihe von Befehlen/Anweisungen zum Durchführen eines jeden Schritts, der in einem Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung 100 des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ist, umfassen, was nachfolgend beschrieben wird.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeuges gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 6 kann die Steuerung 20 die in dem ZCT 60 induzierte Spannung V_induziert in dem Schritt S200 empfangen/aufnehmen.
Die Steuerung 20 kann die Spannung V_induziert und einen vorgegebenen Wert V_{ref_1} in Schritt S210 vergleichen. Der vorgegebene Wert V_{ref_1} kann auf einen Wert eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird, um zu bestimmen, ob der Isolationswiderstand der Isolationswiderstände R_P und R_N verringert ist.
Wenn die Spannung V_induziert kleiner als der vorgegebene Wert V_{ref_1} in Schritt S210 ist, kann die Steuerung 20 das Verfahren zum Steuern der Sicherheitsvorrichtung des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beenden.
Wenn die Spannung V_induziert größer als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_1} in Schritt S210 ist, erzeugt die Steuerung 20 ein Warnsignal in Schritt S220. Zum Beispiel kann die Steuerung 20 das Steuersignal CONT5 an eine Anzeigevorrichtung 95 anlegen, um mitzuteilen, dass die elektrische Isolierung zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 ausgefallen ist. Insbesondere kann ein Fahrer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel einen Zustand, dass ein Isolationswiderstand verringert ist, erkennen.
Die Steuerung 20 kann die Spannung V_induziert und einen vorgegebenen Wert V_{ref_2} in Schritt S230 vergleichen.
Der vorgegebene Wert V_{ref_2} kann ein Wert nahe einer maximalen Spannung sein, die in dem ZCT 60 induziert werden kann, und kann auf einen Wert eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird, um zu bestimmen, ob ein Isolationsdurchschlag zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Die Steuerung 20 kann eine verstrichene Zeit T_verstrichen in Schritt S240 zählen, nachdem die Spannung V_induziert den vorgegebenen Wert V_{ref_2} erreicht.
Wenn die Spannung V_induziert kleiner als der vorgegebene Wert V_{ref_2} in Schritt S130 ist, kann die Steuerung 20 die gezählte verstrichene Zeit T_verstrichen auf Null in Schritt S250 zurücksetzen.
Die Steuerung 20 kann die verstrichene Zeit T_verstrichen und die vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S260 vergleichen.
Wenn die verstrichene Zeit T_{verstrichen_N} kleiner als die vorgegebene Zeit T_ref in Schritt S260 ist, kann die Steuerung 20 von dem Schritt S200 erneut starten/beginnen.
Wenn die verstrichene Zeit T_verstrichen größer als oder gleich der vorgegebenen Zeit T_ref in Schritt S260 ist, kann die Steuerung 20 in Schritt S270 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Zusammenfassend, wenn der Zustand, wo die in dem ZCT 60 induzierte Spannung V_induziert größer als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_2} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird, kann die Steuerung 20 bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist.
Wenn es bestimmt wird, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 aufgetreten ist, kann die Steuerung 20 in einen Sicherheits-Modus/abgesicherten Modus in Schritt S280 eintreten. In dem abgesicherten Modus kann die Steuerung 20 den an den Stromverbraucher 30 zugeführten Strom und an die Brennstoffzelle 12 zugeführten Wasserstoff abschalten/absperren. Insbesondere können das erste Relais 34 und das zweite Relais 38 gemäß Steuersignalen CON1 und CONT2 der Steuerung 20 ausgeschaltet werden, so dass der von der Energiequelle 10 an den Stromverbraucher 30 zugeführte Strom abgeschaltet werden kann. Das erste Ventil 46 kann gemäß dem Steuersignal CONT3 der Steuerung 20 vollständig geschlossen werden, wodurch der an die Brennstoffzelle 12 zugeführte Wasserstoff abgesperrt wird. Darüber hinaus kann das zweite Ventil 56 gemäß einem Steuersignal CONT4 der Steuerung 20 vollständig geschlossen werden, wodurch die an die Brennstoffzelle 12 zugeführte Luft abgesperrt wird.
Alternativ kann die Steuerung 20 auf der Grundlage einer von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung 90 eingegebenen Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs bestimmen, ob in den abgesicherten Modus eingetreten werden soll. Im Falle eines Ausfalls des ZCT 60 selbst, einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses eines mit dem ZCT 60 verbundenen Leitungsdrahtes, eines Ausfalls/Fehlers eines Ausgangssignals des ZCT 60 oder dergleichen, kann die Steuerung 20 möglicherweise nicht richtig bestimmen, dass eine Kollision/Aufprall (oder ein Überlaufzustand) aufgetreten ist. Demzufolge, wenn der Zustand, wo die in dem ZCT 60 induzierte Spannung V_induziert kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Wert V_{ref_2} ist, für die vorgegebene Zeit T_ref beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, kann die Steuerung 20 in den abgesicherten Modus eintreten. Die vorgegebene Geschwindigkeit kann auf einen Wert [z.B. 0 [km/h]) eingestellt/gesetzt werden, der durch einen Durchschnittsfachmann bestimmt wird. Folglich kann es genau bestimmt werden, ob sich das Brennstoffzellenfahrzeug in dem Risikozustand, wie beispielsweise eine Kollision/Aufprall oder ein Überlaufzustand, befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann es im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren zum Messen des Isolationswiderstandes schnell bestimmt werden, dass die elektrische Isolierung zwischen der Energiequelle 10 und dem elektrischen Chassis 70 beibehalten wird. Darüber hinaus kann der Stromschlagunfall durch Abschalten/Absperren der Zufuhr von Strom, Wasserstoff und Luft verhindert werden, wenn die elektrische Isolierung nicht besteht.
Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische 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.

Claims

Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, aufweisend: einen ersten Spannungssensor, der eingerichtet ist, um eine Spannung einer positiven Seite eines Spannungsbusses zu messen; einen zweiten Spannungssensor, der eingerichtet ist, um eine Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses zu messen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine elektrische Isolation zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und einem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses zu bestimmen und eine elektrische Isolation zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis auf der Grundlage der Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses zu bestimmen, wobei die Steuerung bestimmt, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird, und bestimmt, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die Steuerung bestimmt, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis oder der Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, die Steuerung in einen abgesicherten Modus eintritt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend: ein erstes Relais, das auf der positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist; und ein zweites Relais, das auf der negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, wobei die Steuerung das erste Relais und das zweite Relais zum Abschalten des an den Stromverbraucher zugeführten Stromes in dem abgesicherten Modus ausschaltet.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das erste Ventil zu öffnen oder zu schließen, und wobei das erste Ventil zum Absperren des an die Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffes in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, ferner aufweisend: ein zweites Ventil, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das zweite Ventil zu öffnen und zu schließen, und wobei das zweite Ventil zum Absperren der an die Brennstoffzelle zugeführten Luft in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen, wobei, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich dem ersten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, oder wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich der vorgegebenen Geschwindigkeit ist, die Steuerung in den abgesicherten Modus eintritt.
Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, aufweisend die Schritte zum: Aufnehmen einer Spannung einer positiven Seite eines Spannungsbusses und einer Spannung einer negativen Seite des Spannungsbusses; Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und einem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der positiven Seite des Spannungsbusses kleiner als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird; und Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die Spannung der negativen Seite des Spannungsbusses größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend die Schritte zum: Eintreten in einen abgesicherten Modus, wenn es bestimmt wird, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der positiven Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis oder der Isolationsdurchschlag zwischen der negativen Seite des Spannungsbusses und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend die Schritte zum: Ausschalten eines ersten Relais, das auf der positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; Ausschalten eines zweiten Relais, das auf der negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; vollständiges Schließen eines ersten Ventils, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; und vollständiges Schließen eines zweiten Ventils, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus.
Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, aufweisend: einen Nullsystem-Stromwandler (zero-sequence current transformer – ZCT), der einen Spannungsbus umgibt; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine elektrische Isolierung zwischen der Stromquelle und einem elektrischen Chassis auf der Grundlage einer in dem ZCT induzierten Spannung zu bestimmen, wobei die Steuerung ein Warnsignal erzeugt, wenn die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung bestimmt, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei, wenn die Steuerung bestimmt, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist, die Steuerung in einen abgesicherten Modus eintritt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein erstes Relais, das auf einer positiven Seite des Spannungsbusses angeordnet ist; und ein zweites Relais, das auf einer negativen Seite des Spannungsbusses angeordnet ist, wobei die Steuerung das erste Relais und das zweite Relais zum Abschalten des an den Stromverbraucher zugeführten Stromes in dem abgesicherten Modus ausschaltet.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der ZCT zwischen der Stromquelle, dem ersten Relais und dem zweiten Relais geschaltet/eingefügt ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das erste Ventil zu öffnen oder zu schließen, und wobei das erste Ventil zum Absperren des an die Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffes in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 15, ferner aufweisend: ein zweites Ventil, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das zweite Ventil zu öffnen oder zu schließen, und wobei das zweite Ventil zum Absperren der an die Brennstoffzelle zugeführten Luft in dem abgesicherten Modus vollständig geschlossen wird.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 10, ferner aufweisend: eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erfassen, wobei, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert ist, für die vorgegebene Zeit beibehalten wird und die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs kleiner als oder gleich einer vorgegebenen Geschwindigkeit ist, die Steuerung in den abgesicherten Modus eintritt.
Verfahren zum Steuern einer Sicherheitsvorrichtung eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle arbeiten, aufweisend die Schritte zum: Aufnehmen einer in dem einen Spannungsbus umgebenden Nullsystem-Stromwandler (zero-sequence current transformer – ZCT) induzierten Spannung; und Erzeugen eines Warnsignals, wenn die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem ersten vorgegebenen Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend die Schritte zum: Bestimmen, dass ein Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und einem elektrischen Chassis aufgetreten ist, wenn ein Zustand, wo die in dem ZCT induzierte Spannung größer als oder gleich einem zweiten vorgegebenen Wert ist, für eine vorgegebene Zeit beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner aufweisend die Schritte zum: Eintreten in einen abgesicherten Modus, wenn bestimmt wird, dass der Isolationsdurchschlag zwischen der Stromquelle und dem elektrischen Chassis aufgetreten ist; Ausschalten eines auf einer positiven Seite des Spannungsbusses angeordneten ersten Relais in dem abgesicherten Modus; Ausschalten eines auf einer negativen Seite des Spannungsbusses angeordneten zweiten Relais in dem abgesicherten Modus; vollständiges Schließen eines ersten Ventils, das an einer Wasserstoffversorgungsleitung, die einen Wasserstofftank und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus; und vollständiges Schleißen eines zweiten Ventils, das an einer Luftversorgungsleitung, die ein Luftgebläse und die Brennstoffzelle miteinander verbindet, angeordnet ist, in dem abgesicherten Modus.