DE102015224230A1 - Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents

Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Verfahren zum Steuern desselben Download PDF

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Abstract

Ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist vorgesehen. Das Leistungsnetzsystem umfasst eine Brennstoffzelle und eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Haupt-Bus zu bilden und zu blockieren. Zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit zweigt eine Lastvorrichtung ab und ist dort angeschlossen. Eine Rückstrom-Sperreinheit ist zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeordnet und ist eingerichtet, um einen Stromfluss an den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle zu blockieren. Eine zweite Schalteinheit ist eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden und zu blockieren. Eine Steuerung betreibt die erste und die zweite Schalteinheit, um die elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und der Lastvorrichtung zu bilden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern desselben und insbesondere ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das in der Lage ist, eine in einem Haupt-Bus des Leistungsnetzes verbleibende Spannung sowie eine Spannung eines Brennstoffzellenstapels während einer gefährlichen Situation wie eine Kollision zu entfernen/abzubauen und ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung zu verhindern, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Brennstoffzellensystem, das bei einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug als eines von umweltfreundlichen Fahrzeugen eine Anwendung findet, umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um elektrische Energie aus einer elektrochemischen Reaktion von Reaktionsgas zu erzeugen; eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um Wasserstoff als Brennstoff an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen; eine Luftversorgungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um Sauerstoff enthaltende Luft an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, wobei der Sauerstoff als ein für eine elektrochemische Reaktion erforderliches Oxidationsmittel dient; und ein Wärme- und Wasser-Management-System, das eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels auf eine optimale Temperatur einzustellen, indem Wärme als ein Nebenprodukt der elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels nach außen abgeführt/abgegeben wird, und um eine Wasserregelungsfunktion durchzuführen.
  • Eine Brennstoffzellenlastvorrichtung zum Verringern und Entfernen der Spannung des Brennstoffzellenstapels ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, um Sauerstoff innerhalb des Brennstoffzellenstapels zu entfernen, während das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt ist oder nach dem Start des Brennstoffzellenfahrzeugs. Der an dem Brennstoffzellenstapel eingeführte Sauerstoff wird mit restlichem Wasserstoff der Anode entfernt, während der Strom durch die Brennstoffzellenlastvorrichtung verbraucht wird. Wenn die Anode keinen Wasserstoff mehr aufweist (z. B. bleibt kein Wasserstoff übrig), kann Sauerstoff nicht verbraucht werden. Somit, um eine solche Situation zu verhindern, wird die Technologie zum Aufwecken (Wakeup-Technologie) verwendet, um Wasserstoff periodisch an die Anode zuzuführen. Mit anderen Worten benötigt das Brennstoffzellenfahrzeug im Gegensatz zu der Brennkraftmaschine einen separaten Folgeprozess zum Verringern der Spannung des Brennstoffzellenstapels durch Entfernen von verbleibender Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapels nach einem Losfahren.
  • Um die Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels und ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung zu verhindern. Wenn eine Spannung gebildet wird, wenn Sauerstoff in der Anode vorhanden ist, tritt eine Kohlenstoffkorrosion an der Kathode auf. Somit benötigt das Brennstoffzellenfahrzeug einen Prozess/Vorgang zum Beseitigen von Sauerstoff innerhalb des Brennstoffzellenstapels, was eine zusätzliche Sauerstoffzufuhr verhindert, und Entfernen von Sauerstoff, der eingeführt wird. Wenn eine gefährliche Situation wie eine Kollision auftritt, wird das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug gezwungen, die Brennstoffzellenlastvorrichtung zu verwenden, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels zu verringern, wodurch ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung verhindert wird.
  • Jedoch verringert das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug einfach die Spannung des Brennstoffzellenstapels und eine hohe Spannung bleibt an einem Haupt-Bus eines mit dem Brennstoffzellenstapel verbundenen Leistungsnetzes und einer weiteren Hochspannungslast bestehen. Somit besteht nach wie vor ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung. Insbesondere wenn das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug bei einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug mit einem Haupt-Bus, der mit einer Hochspannungsbatterie verbunden ist, eine Anwendung findet, kann ein Risiko einer Gefährdung durch eine in dem Haupt-Bus verbleibende hohe Spannung zunehmen.
  • Das Vorstehende ist lediglich dazu vorgesehen, das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Offenbarung zu fördern, und soll nicht heißen, dass die vorliegende Offenbarung innerhalb des Bereichs des Standes der Technik liegt, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt bereit ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das in der Lage ist, ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung durch Entfernen einer in einem Haupt-Bus verbleibenden Spannung zu verhindern, wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt, bei dem die Spannung des Haupt-Busses entfernt werden soll, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: eine Brennstoffzelle; eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Haupt-Bus zu bilden und zu blockieren/sperren; eine Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist; eine Rückstrom-Sperreinheit, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeordnet ist, und eingerichtet ist, um einen Stromfluss an den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle zu blockieren/sperren; eine zweite Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden und zu blockieren/sperren; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um die elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und der Lastvorrichtung zu bilden, um zu bewirken, dass die Leistung des Haupt-Busses durch die Lastvorrichtung verbraucht wird, wenn ein voreingestelltes bestimmtes Ereignis aufritt (z. B. eine Fahrzeugkollision).
  • Wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt (z. B. die Fahrzeugkollision), kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert. Wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und um die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert. Nachdem sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  • Das Leistungsnetzsystem kann ferner eine über den Haupt-Bus zur der Brennstoffzelle parallel geschaltete Hochspannungs-Batterieeinheit umfassen. Wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis aufritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit und dem Haupt-Bus zu blockieren, und um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert.
  • Wenn das voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit und dem Haupt-Bus zu blockieren, und um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert. Nachdem sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert. Wenn das voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor einem Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit zu blockieren.
  • Das Leistungsnetzsystem kann ferner eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit umfassen. Wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird. Wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu erfassen, ob Hochspannungs-Batterieeinheit geladen werden kann, und wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit nicht geladen werden kann, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurz geschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um eine Ausgangsspannung eines Hochspannungswandlers in der Hochspannungs-Batterieeinheit einzustellen, um die Spannung des Haupt-Busses auf einen Wert einzustellen, der einem Leerlaufspannungszustand der Brennstoffzelle entspricht.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereitgestellt. Wenn ein voreingestelltes bestimmtes Ereignis auftritt, kann eine Steuerung eingerichtet sein, um eine erste Schalteinheit zum Bilden und Blockieren einer elektrischen Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss einer Brennstoffzelle und einem Haupt-Bus und eine zweite Schalteinheit zum Bilden und Blockieren einer elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einer Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist, zu betreiben, und um eine elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und der Lastvorrichtung zu bilden, um zu bewirken, dass die Energie des Haupt-Busses durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  • Das Verfahren kann umfassen: Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn ein voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  • Das Verfahren kann umfassen: Betreiben, durch die Steuerung, der ersten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, und Betreiben der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten ersten Spannung; Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die erste Spannung verringert; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten zweiten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die zweite Spannung verringert.
  • Das Verfahren kann umfassen: Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und einer Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, und Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn eine voreingestellte gefährliche Situation auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  • Das Verfahren kann umfassen: Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und einer Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, und Betreiben der ersten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, und Betreiben der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten ersten Spannung; Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die erste Spannung verringert; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten zweiten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die zweite Spannung verringert.
  • Das Verfahren kann umfassen ein Blockieren, durch die Steuerung, der Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor dem Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn das voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt. Wenn regenerative Bremsenergie durch eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  • Das Verfahren kann ferner umfassen: Erfassen, durch die Steuerung, ob eine Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, geladen werden kann, wenn regenerative Bremsenergie durch eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit erzeugt wird; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird, wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit nicht geladen werden kann. Ferner kann die Steuerung eingerichtet sein, um eine Ausgangsspannung eines Hochspannungswandlers in der Hochspannungs-Batterieeinheit einzustellen, um die Spannung des Haupt-Busses einzustellen, um einen Wert aufzuweisen, der einem Leerlaufspannungszustand der Brennstoffzelle entspricht.
  • Das Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs und das Verfahren zum Steuern desselben können eine in dem mit einer Hochspannungslast verbundenen Haupt-Bus verbleibende Hochspannung durch die Lastvorrichtung schnell und wirksam entfernen, wodurch ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung verhindert wird. Weiterhin, wenn durch das regenerative Bremsen erzeugte Energie nicht in der Hochspannungsbatterie gespeichert werden kann, können das Leistungsnetzsystem der Brennstoffzellenfahrzeugs und das Verfahren zum Steuern desselben die an den Haupt-Bus eingeführte regenerative Bremsenergie unter Verwendung der Lastvorrichtung verbrauchen. Somit können die Zeit und die Entfernung/Strecke, bei denen ein regeneratives Bremsen angewendet werden kann, erhöht werden, um zum sicheren Fahren beizutragen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Figuren zeigen:
  • 1 ein Konfigurationsdiagramm, das ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
  • 2 bis 4 Flussdiagramme, die verschiedene Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 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, wasserstoffgetriebene 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.
  • 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/Steuereinheit 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.
  • 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).
  • 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.
  • Nachstehend werden ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern desselben gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 kann das Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: eine Brennstoffzelle 11; eine erste Schalteinheit 13, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und einem Haupt-Bus 12 zu bilden und zu blockieren; eine Lastvorrichtung 15, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der ersten Schalteinheit 13 abzweigt und angeschlossen ist; eine zweite Schalteinheit 17, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 zu bilden und zu blockieren; und eine Steuerung 19, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um die elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus 12 und der Lastvorrichtung 15 zu bilden/blockieren.
  • Das Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Rückstrom-Sperreinheit D zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der ersten Schalteinheit 13 umfassen. Genauer gesagt kann die Rückstrom-Sperreinheit D zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung 15 abzweigt, angeordnet sein. Die Rückstrom-Sperreinheit D kann eingerichtet sein, um einen Stromfluss an den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 von dem Haupt-Bus 12 zu blockieren, wenn die erste Schalteinheit 13 kurzgeschlossen ist. Die Rückstrom-Sperreinheit D kann umfassen eine Diode D, deren Anode und Kathode mit dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 beziehungsweise der ersten Schalteinheit 13 verbunden sein kann. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenn die Rückstrom-Sperreinheit D zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und dem Knoten N, von dem die Lastvorrichtung 15 abzweigt, angeordnet ist, können eine Hochspannungs-Batterieeinheit 21 und die Lastvorrichtung 15 eine elektrische Verbindung auf der Grundlage des Kurzschlusszustandes/offenen Zustandes der Schalteinheiten 13 und 17 bilden. Die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 und der Lastvorrichtung 15 wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
  • Das Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ferner umfassen die Hochspannungs-Batterieeinheit 21, die über den Haupt-Bus 12 zu der Brennstoffzelle 11 parallel geschaltet ist. Die Hochspannungs-Batterieeinheit 21 kann als eine Hilfsstromversorgung des Brennstoffzellenfahrzeugs unter Verwendung der Brennstoffzelle 11 als eine Hauptstromversorgung betrieben werden. Die Hochspannungs-Batterieeinheit 21 kann umfassen eine Hochspannungsbatterie 211, die eingerichtet ist, um Energie zu speichern, und einen Zweiwege-Hochspannungswandler 213, der eingerichtet ist, um einen Ausgang der Hochspannungsbatterie 211 in eine Spannung umzuwandeln/umzusetzen und die Spannung an den Haupt-Bus 12 bereitzustellen, oder um einen Leistungseingang aus dem Haupt-Bus 12 in eine Spannung umzuwandeln/umzusetzen und die Spannung an die Hochspannungsbatterie 211 bereitzustellen, um die Hochspannungsbatterie 211 zu laden.
  • Das Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine mit dem Haupt-Bus 12 verbundene Antriebsmotoreinheit 23 umfassen. Die Antriebsmotoreinheit 23 kann eingerichtet sein, um Leistung unter Verwendung der Spannung, die von der als eine Hauptstromversorgung arbeitenden Brennstoffzelle 11 oder der als eine Hilfsstromversorgung arbeitenden Hochspannungs-Batterieeinheit 21 bereitgestellt wird, zu erzeugen. Die Antriebsmotoreinheit 23 kann umfassen einen Wechselrichter (Inverter) 231, der eingerichtet ist, um eine von dem Haupt-Bus 12 eingegebene Gleichstrom-(direct current – DC)Leistung in eine Wechselstrom-(alternating current – AC)Leistung umzuwandeln, und einen Antriebsmotor 233, der der durch die von dem Wechselrichter 231 bereitgestellte Wechselstromleistung (AC-Leistung) angetrieben wird. Die Antriebsmotoreinheit 23 kann eingerichtet sein, um Energie zu erzeugen, wenn ein regeneratives Bremsen durchgeführt wird, und die erzeugte Energie verwenden, um die Hochspannungsbatterie 211 zu laden. Insbesondere wenn ein Getriebe unter Verwendung einer Motorbremse auf eine L-Stufe (z. B. eine niedrige/kleine Stufe oder einen ersten Gang) eingestellt wird, kann die Antriebsmotoreinheit 23 eingerichtet sein, um Energie, die zum Laden der Hochspannungsbatterie 211 verwendet werden soll, zu erzeugen, während eine Bremskraft durch das regenerative Bremsen des Antriebsmotors erzeugt wird.
  • 1 stellt dar, dass die Schalteinheiten 13 und 17 mit Relais zum Kurzschließen/Öffnen einer Verbindung zwischen Kontakten durch das elektromagnetische Induktionsverfahren implementiert/realisiert sind. Jedoch können die Schalteinheiten 13 und 17 durch verschiedene Arten von steuerbaren Schalteinheiten, die im Stand der Technik eine Anwendung finden, ersetzt werden. Das Bezugszeichen 25 stellt eine Vielfalt von Hochspannungszubehör/Hochspannungszubehörteilen dar, die mit dem Haupt-Bus 12 verbunden werden können und eine Hochspannung verwenden, und die Bezugszeichen 31 und 33 stellen Spannungssensoren dar, die eingerichtet sind, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die Spannung des Haupt-Busses 12 zu erfassen.
  • Wenn ein voreingestelltes bestimmtes Ereignis (z. B. eine Fahrzeugkollision) in dem Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung auftritt, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um zu bewirken, dass die in dem Haupt-Bus 12 verbleibende Energie durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht wird. In dem herkömmlichen Brennstoffzellenfahrzeug wird die Lastvorrichtung 15 verwendet, um in dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 verbleibende Energie zu verbrauchen, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 zu verringern. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch die Lastvorrichtung 15 verwendet werden, um die restliche/verbleibende Energie des Haupt-Busses 12 zu entfernen, wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt. Das bestimmte Ereignis kann ein Ereignis angeben, das voreingestellt wird, um die Energie des Haupt-Busses 12 zu verbrauchen. Zum Beispiel kann das bestimmte Ereignis umfassen ein Ereignis wie einen Auffahrunfall des Brennstoffzellenfahrzeugs oder ein regeneratives Bremsen, was durch einen Fahrer eingestellt wird. Während des regenerativen Bremsens kann das Getriebe in die L-Stufe geschaltet werden.
  • Demzufolge kann das Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine in dem Haupt-Bus 12 verbleibende Hochspannung durch die Lastvorrichtung 15 schnell und wirksam entfernen, wodurch ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung blockiert wird. Weiterhin, wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit 21 nicht mit der durch regeneratives Bremsen erzeugte Energie geladen werden kann, kann das Leistungsnetzsystem die an dem Haupt-Bus 12 eingeführte Energie unter Verwendung der Lastvorrichtung 15 verbrauchen, wodurch die Strecke, bei der das regenerative Bremsen angewendet werden kann, erhöht wird.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das in 2 dargestellte Steuerverfahren kann durchgeführt werden, wenn ein gefährliches Ereignis wie ein Auffahrunfall des Brennstoffzellenfahrzeugs auftritt. Wenn ein gefährliches Ereignis wie ein Auffahrunfall auftritt, kann der Haupt-Bus 12 gegenüber einem anderen Teil des Fahrzeugs, einem externen Gerät oder dem menschlichen Körper freigelegt werden/sein oder mit diesen kurzgeschlossen werden. Ein solches gefährliches Ereignis kann durch verschiedene innerhalb des Fahrzeugs eingebaute Sensoren (nicht dargestellt) erfasst/abgetastet werden. Wenn durch die Sensoren erfasste Informationen in die Steuerung 19 eingegeben werden, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um zu überprüfen, ob ein gefährliches Ereignis aufgetreten ist.
  • Unter Bezugnahme auf 2, wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis in Schritt S103 auftritt, während das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung normal betrieben wird (z. B. ohne Störung/Ausfall oder Fehler), kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S105 an den Stapel der Brennstoffzelle 11 zugeführten Wasserstoff und Sauerstoff zu blockieren und um den Betrieb der Brennstoffzelle 11 zu stoppen. In Schritt S101 kann eine Leistungsabgabe von der Brennstoffzelle 11 an die Antriebsmotoreinheit 23 durch den Haupt-Bus 12 bereitgestellt werden, wenn die erste Schalteinheit 13 kurzgeschlossen wird und die zweite Schalteinheit 17 geöffnet. Weiterhin kann in Schritt S105 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Leistung des Antriebsmotors 233 in der Antriebsmotoreinheit 23 auf Null einzustellen.
  • Dann kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 und dem Haupt-Bus 12 in Schritt S107 zu blockieren. In Schritt S107 zum Blockieren der elektrischen Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 und dem Haupt-Bus 12 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um ein in der Hochspannungsbatterie 211 gebildetes Relais (nicht dargestellt) zu betreiben, um die Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 211 und dem Hochspannungswandler 213 zu blockieren, oder um Schaltelemente in dem Hochspannungswandler 213 zu betreiben, um die Hochspannungsbatterie 211 und den Haupt-Bus 12 voneinander elektrisch zu isolieren. Es können beide Verfahren angewendet werden.
  • Dann kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, dass sie in Schritt S109 kurzgeschlossen werden. Durch die Steuerung von Schritt S109 können der Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der Haupt-Bus 12 mit der Lastvorrichtung 15 elektrisch verbunden werden. Durch den elektrischen Verbindungszustand kann die verbleibende Energie des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die verbleibende Energie des Haupt-Busses 12 gleichzeitig durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht werden, und die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die Spannung des Haupt-Busses 12 können verringert werden.
  • Ferner kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S111 die Spannung des Haupt-Busses 12 mit einer voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen und zu bestimmen, ob die Spannung des Haupt-Busses 12 kleiner als die voreingestellte Spannung V1 ist. In Schritt S111 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Größeninformationen der Spannung des Haupt-Busses 12 von dem Spannungssensor 33, der eingerichtet ist, um die Spannung des Haupt-Busses 12 zu erfassen/abzutasten, zu empfangen und um die Spannung des Haupt-Busses 12 mit der voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen. Die Spannung V1 kann auf einen niedrigen/kleinen Spannungswert, bei dem die Sicherheit gewährleistet werden kann, selbst wenn der menschliche Körper oder dergleichen der Spannung des Haupt-Busses 12 ausgesetzt ist, voreigestellt werden.
  • Der Prozess zum Betreiben der ersten und die zweiten Schalteinheit 13 und 17, dass sie kurzgeschlossen werden, kann kontinuierlich aufrechterhalten werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses 12 auf weniger als die voreingestellte Spannung V1 verringert. Dann, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses 12 auf weniger als die voreingestellte Spannung V1 verringert, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um geöffnet zu werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und dem Haupt-Bus 12 und die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 in Schritt S113 blockiert werden. Demzufolge, wenn ein gefährliches Ereignis wie eine Kollision auftritt, kann das Verfahren zum Steuern des Leistungsnetzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Brennstoffzelle 11 und den Haupt-Bus 12 mit der Lastvorrichtung 15 gleichzeitig elektrisch verbinden und die Spannung des Haupt-Busses 12 ebenso wie die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 schnell verringern, wodurch ein durch das Freiliegen des Haupt-Busses 12 verursachtes Risiko beseitigt wird.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das in 3 dargestellte Steuerverfahren kann durchgeführt werden, wenn ein gefährliches Ereignis wie ein Auffahrunfall des Brennstoffzellenfahrzeugs, wie in dem in 2 dargestellten Steuerverfahren auftritt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 können die Schritte S201 bis S205 in einer im Wesentlichen gleichen Art und Weise wie das in 2 dargestellte Steuerverfahren durchgeführt werden. Mit anderen Worten, wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis in Schritt S203 auftritt, während das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in Schritt S201 normal betrieben wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S205 an den Stapel der Brennstoffzelle 11 zugeführten Wasserstoff und Sauerstoff zu blockieren und um den Betrieb der Brennstoffzelle 11 zu stoppen. In Schritt S201 kann eine Leistungsabgabe von der Brennstoffzelle 11 an die Antriebsmotoreinheit 23 durch den Haupt-Bus 12 bereitgestellt werden, wenn die erste Schalteinheit 13 kurzgeschlossen wird und die zweite Schalteinheit 17 geöffnet wird. Weiterhin kann in Schritt S205 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Leistung des Antriebsmotors 233 in der Antriebsmotoreinheit 23 auf Null einzustellen.
  • Dann kann die Steuerung 19 in Schritt S207 eingerichtet sein, um die erste Schalteinheit 13 zu betreiben, um geöffnet zu werden, und um die zweite Schalteinheit 17 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden. Durch die Steuerung von Schritt S207 kann der Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 elektrisch mit der Lastvorrichtung 15 verbunden werden und die elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus 12 und der Brennstoffzelle 11 und die elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus 12 und der Lastvorrichtung 15 kann blockiert werden. Durch den elektrischen Verbindungszustand kann die verbleibende/restliche Energie des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht werden und die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 kann verringert werden. In schritt S207 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 211 und dem Haupt-Bus 12 zu blockieren.
  • Ferner kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S209 die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 mit einer voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen und um zu bestimmen, ob die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 kleiner als die voreingestellte Spannung V1 ist. In Schritt S209 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Größeninformationen der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 von dem Spannungssensor 31, der eingerichtet ist, um die Spannung der Brennstoffzelle 11 zu erfassen/abzutasten, zu empfangen, und um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 mit der voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen. Die voreingestellte Spannung V1 kann auf eine niedrige/kleine Spannung eingestellt werden, bei der die Brennstoffzelle 11 nicht verschlechtert wird, wenn der Betrieb der Brennstoffzelle 11 gestoppt wird.
  • Der Prozess zum Steuern der ersten Schalteinheit 13, dass sie geöffnet wird, und Betreiben der zweiten Schalteinheit 17, dass sie kurzgeschlossen wird, können kontinuierlich aufrechterhalten werden, bis sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 auf weniger als die voreingestellte Spannung V1 verringert. Dann, in Erwiderung auf ein Bestimmen in Schritt S209, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 kleiner als die voreingestellte Spannung V1 ist, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 in Schritt S211 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden. Durch die Steuerung von Schritt S211 kann der Haupt-Bus 12 elektrisch mit der Lastvorrichtung 15 verbunden werden. Durch den elektrischen Verbindungszustand kann die restliche/verbleibende Energie des Haupt-Busses 12 durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht werden und die Spannung des Haupt-Busses 12 kann verringert werden.
  • Darüber hinaus kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S213 die Spannung des Haupt-Busses 12 mit einer voreingestellten Spannung V2 zu vergleichen und um zu bestimmen, ob die Spannung des Haupt-Busses 12 kleiner als die voreingestellte Spannung V2 ist. In Schritt S213 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Größeninformationen der Spannung des Haupt-Busses 12 von dem Spannungssensor 33, der eingerichtet ist, um die Spannung des Haupt-Busses 12 zu erfassen/abzutasten, zu empfangen und um die Spannung des Haupt-Busses 12 mit der voreingestellten Spannung V2 zu vergleichen. Die Spannung V2 kann auf eine niedrige/kleine Spannung, bei der die Sicherheit gewährleistet werden kann, selbst wenn der menschliche Körper oder dergleichen der Spannung des Haupt-Busses 12 ausgesetzt wird, voreingestellt werden. Der Prozess zum Steuern der ersten und die zweiten Schalteinheit 13 und 17, die kurzgeschlossen werden sollen, kann kontinuierlich aufrechterhalten werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses 12 auf weniger als die voreingestellte Spannung V2 verringert. Dann, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses 12 auf weniger als die voreingestellte Spannung V2 verringert, kann die Steuerung 19 in Schritt S215 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um geöffnet zu werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und dem Haupt-Bus 12 und die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 blockiert werden.
  • Demzufolge, wenn ein Risiko wie eine Kollision auftritt, kann das Verfahren zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 auf einen sicheren Bereich verringern und den Haupt-Bus 12 mit der Lastvorrichtung 15 elektrisch verbinden, um die Spannung des Haupt-Busses 12 zu verringern, wodurch ein durch das Freiliegen des Haupt-Busses 12 verursachtes Risiko beseitigt wird. Verglichen mit dem Steuerverfahren von 2 kann das Steuerverfahren von 3 sequenziell die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die Spannung des Haupt-Busses 12 entfernen. Das Steuerverfahren von 2 kann angewendet werden, wenn die Energie/Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die Energie/Leistung des Haupt-Busses 12 schwer zu verbrauchen sind, wenn die Kapazität der Lastvorrichtung 15 möglicherweise nicht ausreichend ist.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Insbesondere stellt 4 ein Beispiel dar, das eine Anwendung finden kann, wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit 23 durch kontinuierliches regeneratives Bremsen erzeugt wird. Unter Bezugnahme auf 4, wenn regenerative Bremsenergie in Schritt S303 erzeugt wird, während das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in Schritt S301 normal betrieben wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterie 211 in schritt S307 geladen werden kann, während der Umfang eines regenerativen Bremsens in Schritt S305 erhöht wird.
  • In Schritt S303 zum Bestimmen, ob regenerative Bremsenergie erzeugt wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob das Getriebe auf die L-Stufe eingestellt ist, um ein durch den Antriebsmotor verursachtes kontinuierliches Gefühl beizubehalten, wenn ein hydraulisches Bremsen nicht verwendet wird. Mit anderen Worten, wenn das Fahrzeuggetriebe auf die L-Stufe eingestellt wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um ein Signal, das angibt/anzeigt, dass das Getriebe auf die L-Stufe eingestellt ist, zu empfangen, und um damit zu bestimmen, dass ein regeneratives Bremsen durchgeführt wird. In Schritt S307 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um Informationen in Bezug darüber zu empfangen, ob der Hochspannungswandler 212 oder die Hochspannungsbatterie 211 der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 eine Störung haben (z. B. Fehler oder Ausfall), oder ob der Ladezustand (state of charge – SOC) der Hochspannungsbatterie übermäßig hoch ist, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterie geladen werden kann.
  • Dann, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterie geladen werden kann, kann in Schritt S309 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um das erste Schalteinheit 13 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und um die zweite Schalteinheit 17 zu betreiben, um geöffnet zu werden. Dann kann die Hochspannungsbatterie 211 geladen werden, um die regenerative Bremsenergie zu verbrauchen. Insbesondere kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um den Maximalwert eines regenerativen Bremsens so viel wie die ladbare Kapazität der Hochspannungsbatterie einzustellen.
  • Ferner, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterie nicht geladen werden kann, kann in Schritt S311 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden. Durch den Betrieb der Steuerung 19 können der Haupt-Bus 12 und die Lastvorrichtung 15 elektrisch miteinander verbunden werden und die regenerative Bremsenergie, die an den Haupt-Bus 12 von der Antriebsmotoreinheit 23 abgegeben wird, kann durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht werden. Insbesondere kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um den Maximalwert eines regenerativen Bremsens so viel wie die Kapazität der Lastvorrichtung einzustellen. Wenn die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht wird, kann die Spannung des Haupt-Busses 12 auf einen Wert gehalten werden, der einer Leerlaufspannung (open circuit voltage – OCV) der Brennstoffzelle 11 entspricht, um das Auftreten der Leistung der Brennstoffzelle 11 zu verhindern. Mit anderen Worten kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um den Hochspannungswandler 213 der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 derart zu betreiben, dass der Ausgang desselben der OCV der Brennstoffzelle 11 entspricht.
  • Demzufolge, wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit 23 abgegeben wird, kann das Verfahren zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die regenerative Bremsenergie unter Verwendung der Lastvorrichtung 15 zum Entfernen der Spannung der Brennstoffzelle 11 verbrauchen, selbst wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit 21 nicht geladen werden kann. Somit kann das Steuerverfahren die Zeit, während der ein regeneratives Bremsen anwendet werden kann, sicherstellen, wodurch einem Fahrer kontinuierlich ein geeignetes Bremsgefühl vermittelt wird. Weiterhin kann das Steuerverfahren einen Unfall, wie beispielsweise ein Hydraulikbremsdefekt, verhindern.
  • Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung für veranschaulichende Zwecke beschrieben worden sind, wird ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sin, ohne von dem Umfang und der Lehre der Offenbarung, wie dies in den beigefügten Ansprüchen offenbart wird, abzuweichen.

Claims (19)

  1. Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: eine Brennstoffzelle; eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Haupt-Bus zu bilden und zu blockieren; eine Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist; eine Rückstrom-Sperreinheit, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeordnet ist, und eingerichtet ist, um einen Stromfluss an den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle zu blockieren; eine zweite Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden und zu blockieren; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und der Lastvorrichtung zu bilden, um zu bewirken, dass die Leistung des Haupt-Busses durch die Lastvorrichtung verbraucht wird, wenn ein voreingestelltes Ereignis aufritt.
  2. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert.
  3. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und um die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert, und wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert, ist die Steuerung eingerichtet, um die erste und zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  4. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine über den Haupt-Bus zur der Brennstoffzelle parallel geschaltete Hochspannungs-Batterieeinheit.
  5. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 4, wobei, wenn das voreingestellte Ereignis aufritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit und dem Haupt-Bus zu blockieren, und um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert.
  6. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 4, wobei, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungs-Batterieeinheit und dem Haupt-Bus zu blockieren, und um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert, und wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, bis sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  7. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor einem Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit zu blockieren.
  8. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit, wobei, wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  9. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit, wobei, wenn regenerative Bremsenergie durch die Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, die Steuerung eingerichtet ist, um zu erfassen, ob die Hochspannungs-Batterieeinheit geladen werden kann, und wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit nicht geladen werden kann, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurz geschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  10. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um eine Ausgangsspannung eines Hochspannungswandlers in der Hochspannungs-Batterieeinheit einzustellen, um die Spannung des Haupt-Busses auf einen Wert einzustellen, der einem Leerlaufspannungszustand der Brennstoffzelle entspricht.
  11. Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: wobei, wenn ein voreingestelltes Ereignis auftritt, Betreiben, durch eine Steuerung, einer ersten Schalteinheit zum Bilden und Blockieren einer elektrischen Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss einer Brennstoffzelle und einem Haupt-Bus, einer zweiten Schalteinheit zum Bilden und Blockieren einer elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einer Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist; und Bilden, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und der Lastvorrichtung, um zu bewirken, dass die Energie des Haupt-Busses durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Betreiben, durch die Steuerung, der ersten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, und Betreiben der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten ersten Spannung; Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die erste Spannung verringert; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten zweiten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die zweite Spannung verringert.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und einer Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, und Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn das voreingestellte Ereignis Situation auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des auf weniger als die voreingestellte Spannung verringert.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und einer Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, und Betreiben der ersten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, und Betreiben der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten ersten Spannung; Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als die erste Spannung verringert; Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Haupt-Busses mit einer voreingestellten zweiten Spannung; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um geöffnet zu werden, wenn sich die Spannung des Haupt-Busses auf weniger als die zweite Spannung verringert.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Blockieren, durch die Steuerung, der Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor einem Blockieren der elektrischen Verbindung zwischen dem Haupt-Bus und einer Hochspannungs-Batterieeinheit, wenn das voreingestellte Ereignis auftritt
  17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei, wenn regenerative Bremsenergie durch eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit erzeugt wird, das Verfahren ferner umfasst: Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend: Erfassen, durch die Steuerung, ob eine Hochspannungs-Batterieeinheit, die über den Haupt-Bus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist, geladen werden kann, wenn regenerative Bremsenergie durch eine mit dem Haupt-Bus verbundene Antriebsmotoreinheit erzeugt wird; und Betreiben, durch die Steuerung, der ersten und der zweiten Schalteinheit, um kurzgeschlossen zu werden, um zu bewirken, dass die regenerative Bremsenergie durch die Lastvorrichtung verbraucht wird, wenn die Hochspannungs-Batterieeinheit nicht geladen werden kann.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend: Einstellen, durch die Steuerung, um eine Ausgangsspannung eines Hochspannungswandlers in der Hochspannungs-Batterieeinheit, um die Spannung des Haupt-Busses einzustellen, um einen Wert aufzuweisen, der einem Leerlaufspannungszustand der Brennstoffzelle entspricht.
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