DE102016225011A1 - Abschaltsystem und -steuerverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Ein Abschaltsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfasst: eine Brennstoffzelle, die eingerichtet ist, um eine hohe Spannung auszugeben; eine ladbare Hochspannungsbatterie; einen bidirektionalen Wandler, der zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist; ein erstes Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler angeordnet ist; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Spannung des bidirektionalen Wandlers zu regeln, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren und um das erste Relais abzuschalten, wenn ein Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abschaltsystem und – Steuerverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs, die in der Lage sind, die Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verbessern, während verhindert wird, dass sich eine Brennstoffzelle zum Zeitpunkt eines Abschaltens des Brennstoffzellenfahrzeugs verschlechtert.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Brennstoffzelle stellt eine Art von Energieerzeugungsvorrichtung dar, die keine chemische Energie eines Brennstoffs durch Verbrennung in Wärme umwandelt, sondern stattdessen die chemische Energie in elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel umwandelt, und kann verwendet werden, um kleine elektrische und elektronische Produkte, insbesondere eine tragbare Vorrichtung mit Energie zu versorgen, sowie industrielle Energie, Haushaltsenergie und Energie zum Antreiben eines Fahrzeugs zu liefern.
  • Die Brennstoffzelle, die hauptsächlich für Fahrzeuge verwendet worden ist, ist eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (polymer electrolyte membrane fuel cell – PEMFC) und weist die Vorteile einer hohen Effizienz, einer großen Stromdichte und Leistungsdichte, einer kurzen Startzeit und schnellen Ansprechcharakteristik gegenüber einer Laständerung im Vergleich zu anderen Arten von Brennstoffzellen auf. Um die Brennstoffzelle als eine Energiequelle des Fahrzeugs zu verwenden, ist die Brennstoffzelle durch Stapeln von Elementarzellen der Brennstoffzelle gebildet, um eine erforderliche Leistung zu erhalten, und verschiedene Arten von Betriebsvorrichtungen sind in einem System eingerichtet, das in einem Fahrzeug angebracht werden soll.
  • Ein Beispiel der Betriebsrichtung für die Brennstoffzelle kann umfassen eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung, die Wasserstoff, der ein Brennstoff der Brennstoffzelle darstellt, zuführt, eine Luftversorgungsvorrichtung, die Luft einschließlich eines Oxidationsmittels, d. h., Sauerstoff an die Brennstoffzelle zuführt, und ein Wärme- und-Wasser-Management-System, das Wärme, die ein Nebenprodukt der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle darstellt, nach außen abgibt, um eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle derart zu steuern/regeln, dass sie optimal ist, und das eine Wasser-Management-Funktion durchführt.
  • Die Wasserstoffversorgungsvorrichtung kann umfassen einen Wasserstofftank, ein Wasserstoffversorgungsventil, einen Druckregler, eine Wasserstoffrückführungsvorrichtung oder dergleichen, die Luftversorgungsvorrichtung kann umfassen eine Luftversorgung, ein Luftventil, eine Befeuchtungsvorrichtung (Befeuchter) oder dergleichen, und das Wasser-und-Wasser-Management-System umfasst eine Kühlmittelpumpe, einen Kühler, ein 3-Wege-Ventil, eine Wasserabführvorrichtung zum Abführen von Wasser in einem Stapel oder dergleichen. Darüber hinaus kann die Betriebsvorrichtung umfassen ein Wasserstoffspülventil einer Wasserstoffentleerungsleitung zum Entfernen von Verunreinigungen in einer Anode, einen Kathoden-Sauerstoff-Abbauwiderstand zum Entfernen einer Stapelspannung oder dergleichen.
  • In dem Kathoden-Sauerstoff-Abbauwiderstand, wenn das Fahren/Antreiben des Brennstoffzellenfahrzeugs beendet ist und dann das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt um das Brennstoffzellensystem abzuschalten, wenn die Brennstoffzellenspannung gleich oder mehr als eine vorgegebene Spannung beträgt und Wasserstoff in der Anode verbleibt und Sauerstoff in der Katode verbleibt, werden Wasserstoff und Sauerstoff durch eine Elektrolytmembran untereinander ausgetauscht, um eine Verschlechterung einer Katalysatorschicht zu beschleunigen.
  • Demzufolge ist es unerlässlich, den Sauerstoff und den Wasserstoff von der Katode und der Anode zu entfernen, während die Brennstoffzellenspannung reduziert wird, wenn das Brennstoffzellensystem abgeschaltet. Zu diesem Zweck ist der Kathoden-Sauerstoff-Abbauwiderstand vorgesehen. Abgesehen von der Verringerung der Brennstoffzellenspannung durch das Vorstehende, wird die Brennstoffzellenspannung jedoch durch den Sauerstoff-Abbauwiderstand zwangsweise verringert und somit wird die Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeuges verringert, wodurch die Kraftstoffeffizienz reduziert wird.
  • Die als Stand der Technik beschriebenen Gegenstände sind lediglich zum Fördern des Verständnisses des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung vorgesehen und sollten nicht derart betrachtet werden, dass sie dem Stand der Technik entsprechen, der einem Durchschnittsfachmann bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Abschaltsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Abschalt-Steuerverfahren des Brennstoffzellenfahrzeugs bereitzustellen, die in der Lage sind, zu verhindern, dass sich eine Brennstoffzelle verschlechtert, indem eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle verringert wird, und die Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessern, indem eine Hochspannungsbatterie mit der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle geladen wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein Abschaltsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs vorgesehen, umfassend: Eine Brennstoffzelle, die eingerichtet ist, um eine hohe Spannung auszugeben; eine ladbare Hochspannungsbatterie; einen bidirektionalen Wandler, der zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist; ein erstes Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler angeordnet ist; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Spannung des bidirektionalen Wandlers zu steuern/regeln, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren und um das erste Relais abzuschalten, wenn ein Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  • Das Abschaltsystem kann ferner umfassen: einen Widerstandsteil, der eingerichtet ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu verbrauchen; und ein zweites Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem Widerstand angeordnet ist, wobei die Steuerung das zweite Relais einschalten kann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt/anhält, um zu ermöglichen, dass der Widerstandsteil die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle verbraucht.
  • Die Steuerung kann das zweite Relais ausschalten, wenn der Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsminimalwert/Spannungsmindestwert liegt.
  • Die Steuerung kann das erste Relais ausschalten, wenn eine voreingestellte Referenzzeit nach Einschalten des zweiten Relais abgelaufen/verstrichen ist.
  • Die Steuerung kann das erste Relais ausschalten, wenn eine ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Leistungsreferenzwert liegt.
  • Die Steuerung kann eine Spannung des bidirektionalen Wandlers steuern/regeln, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf eine voreingestellte Änderungsrate reduziert wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein Abschalt-Steuerverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs vorgesehen, umfassend: Steuern/Regeln, durch eine Steuerung, einer Spannung eines bidirektionalen Wandlers, der zwischen einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie vorgesehen ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren; und Ausschalten, durch die Steuerung, eines ersten Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler vorgesehen ist, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  • Das Abschalt-Steuerverfahren kann ferner umfassen: Einschalten, durch die Steuerung, eines zweiten Relais, das vorgesehen ist zwischen einem Widerstandsteil, der vorgesehen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu verbrauchen, und der Brennstoffzelle, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt.
  • Das Abschalt-Steuerverfahren kann ferner umfassen: Ausschalten, durch die Steuerung, des zweiten Relais, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt.
  • Das Abschalt-Steuerverfahren kann ferner umfassen: Ausschalten, durch die Steuerung, des ersten Relais, wenn eine voreingestellte Referenzzeit nach Einschalten des zweiten Relais verstreicht/abläuft.
  • Das Abschalt-Steuerverfahren kann ferner umfassen: Ausschalten, durch die Steuerung, des ersten Relais, wenn eine ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Leistungsreferenzwert liegt.
  • Die Steuerung kann die Spannung des bidirektionalen Wandlers steuern/regeln, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf eine voreingestellte Änderungsrate reduziert wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium vorgesehen, das Programmbefehle/Programmanweisungen enthält, die durch einen Prozessor ausgeführt werden, das computerlesbare Medium umfassend: Programmbefehle, die eine Spannung eines bidirektionalen Wandlers, der zwischen einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie vorgesehen ist, steuern/regeln, wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren; und Programmbefehle, die ein erstes Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler vorgesehen ist, ausschalten, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Abschaltsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Abschalt-Steuerverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRÜNGSBEISPIELE
  • 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.
  • 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, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben, wird das Wort ”aufweisen/umfassen” und Variationen wie ”aufweist/umfasst” oder ”aufweisend/umfassend” so verstanden, dass es die Einbeziehung der angegebenen Elemente, aber nicht den Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen beinhaltet. Darüber hinaus bezeichnen die Begriffe ”-Einheit”, ”-Vorrichtung” (”-er”, ”-or”) und ”-Modul”, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben werden, Einheiten zum Verarbeiten von zumindest einer Funktion oder Operation und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und einer Kombinationen derselben realisiert/implementiert werden.
  • 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).
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst das Abschaltsystem einer Brennstoffzelle gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Brennstoffzelle 10, die eingerichtet ist um eine Hochspannung auszugeben, eine ladbare Hochspannungsbatterie 20, einen bidirektionalen Wandler 30, der zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsbatterie 20 angeordnet ist, ein erstes Relais 40, das zwischen der Brennstoffzelle 10 und dem bidirektionalen Wandler 30 angeordnet ist, einen Widerstandsteil 60, der eingerichtet ist, um eine Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 zu verbrauchen, ein zweites Relais 70, das zwischen der Brennstoffzelle 10 und dem Widerstandsteil 60 angeordnet ist, und eine Steuerung 50.
  • Ein Brennstoffzellensystem, z. B. wie oben beschrieben, ist mit einem Abschaltsystem versehen. In dem bestehenden Abschaltsystem hält das Brennstoffzellenfahrzeug an und gleichzeitig wird das einem Hauptrelais entsprechende erste Relais 40 ebenfalls ausgeschaltet. Demzufolge ist im vorliegenden Fall das Abschaltsystem eingerichtet, so dass der separat vorgesehene Widerstandsteil 60 eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10, die eine hohe Spannung ausgibt, vor dem Starten des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Sicherheit des Fahrzeugs verbraucht. Aufgrund der Anordnung des oben beschriebenen Abschaltsystems wird die Spannung des Ausgangsanschlusses unnötigerweise verbraucht, was sich nachteilig auf die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs auswirkt.
  • Demzufolge stellt die vorliegende Offenbarung ein Abschaltsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereit, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 so weit wie möglich nutzen kann und die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 durch geeignetes Steuern/Regeln eines Einschalt-/Ausschalt-Zustandes des ersten Relais 40 und des zweiten Relais 70 in Abhängigkeit von einem Zustand des Brennstoffzellenfahrzeugs und Steuern/Regeln einer Spannung des bidirektionalen Wandlers 30 reduzieren kann, auch wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, wodurch eine Verschlechterung der Brennstoffzelle 10 minimiert wird.
  • Insbesondere wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, regelt die Steuerung 50 die Spannung des bidirektionalen Wandlers 30, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 zu reduzieren und um das erste Relais 40 auszuschalten, wenn ein Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, kann in dem Brennstoffzellenfahrzeugsystem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 zum Laden der Hochspannungsbatterie 20 durch den bidirektionalen Wandler 30 verwendet werden. Insbesondere wenn die Spannung des bidirektionalen Wandlers 30 derart geregelt wird, dass sie kleiner als die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 ist, fließt ein Strom von dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 in Richtung des bidirektionalen Wandlers 30 und der Strom wird durch den bidirektionalen Wandler 30 umgewandelt und dann an die Hochspannungsbatterie 20 übertragen, um die Hochspannungsbatterie 20 zu laden. D. h., die Hochspannungsbatterie kann mit der verbleibenden Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 geladen werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert wird. Hierbei ist der voreingestellte Spannungsreferenzwert ein Wert, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterie 20 geladen werden kann, und kann in Abhängigkeit von Spezifikationen der Brennstoffzelle 10 der Hochspannungsbatterie 20 variieren.
  • Jedoch kann ein Steuerverfahren zum Reduzieren einer Spannung eines Ausgangsanschlusses einer Brennstoffzelle 10 zum Laden der Hochspannungsbatterie 20 in Abhängigkeit von einem zulässigen Ladestromwert der Hochspannungsbatterie 20 unterschiedlich sein. D. h., wenn ein maximaler Stromwert, der verwendet werden kann, um die Hochspannungsbatterie 20 zu laden, 20 A beträgt, sollte ein Ladestrom, der aufgrund der Spannungsregelung des bidirektionalen Wandlers 30 erzeugt wird, 20 A nicht überschreiten.
  • Demzufolge reduziert gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Einstellen einer Begrenzung zum Regeln der Spannung des bidirektionalen Wandlers 30 die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 in Abhängigkeit von einer voreingestellten Änderungsrate. Insbesondere regelt die Steuerung 50 in geeigneter Weise die Ausgangsspannung des bidirektionalen Wandlers 30 an/auf der Seite der Brennstoffzelle 10, um die Menge des Stromes zu steuern/regeln, der an den bidirektionalen Wandler 30 von dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 angelegt wird, wodurch eine Absinkrate der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 gesteuert wird. Hierbei ist die voreingestellte Änderungsrate ein Wert, der mit dem zulässigen Ladestromwert der Hochspannungsbatterie 20, wie oben beschrieben, in Zusammenhang steht, und kann verschiedene Werte in Abhängigkeit von der Spezifikation der Hochspannungsbatterie 20 oder der Spezifikation des bidirektionalen Wandlers 30 aufweisen.
  • Das Verfahren zum Reduzieren einer Spannung eines Ausgangsanschlusses einer Brennstoffzelle 10 durch die Spannungsregelung des ersten Relais 40 und des bidirektionalen Wandlers 30 kann die Hochspannungsbatterie 20 laden, um die Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs zu verbessern, aber ist nicht so wirksam beim schnellen Verringern der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10, da die Absinkrate der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 wie oben beschrieben begrenzt ist. Demzufolge schaltet gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 schnell zu reduzieren, um soweit wie möglich zu verhindern, dass sich die Brennstoffzelle 10 in einer frühen Phase eines Startens der Brennstoffzelle 10, in der die Hochspannung vorhanden ist, verschlechtert, die Steuerung 50 das zweite Relais 70 ein, um zu ermöglichen, dass der Widerstandsteil 60 die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 verbrauchen kann.
  • D. h., unmittelbar nach einem Starten der Brennstoffzelle 10, wie in 1 dargestellt, werden das zweite Relais 70, das parallel zu dem ersten Relais 40 gebildet ist, und das zweite Relais 40 alle beide eingeschaltet, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 durch das Laden der Hochspannungsbatterie 20 zu verbrauchen und die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 auch durch den Widerstandsteil 60 zu verbrauchen, wodurch die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 so schnell wie möglich reduziert wird.
  • Demzufolge befinden sich gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unmittelbar nach dem Stillsetzen der Brennstoffzelle 10 das erste Relais 40 und das zweite Relais 70 des Brennstoffzellensystems beide in einem Einschalt-Zustand. Wenn jedoch, wie oben beschrieben, die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 unter dem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt, kann die Hochspannungsbatterie 20 nicht geladen werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, das erste Relais 40 auszuschalten.
  • Zusätzlich zu der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 sind verschiedene Faktoren vorhanden, die die Ausschaltzeit des ersten Relais 40 bestimmen können. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung schlägt die Einschaltdauer des zweiten Relais 70 und die ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie 20 als Bestimmungsfaktoren vor.
  • Wie oben beschrieben, ist das zweite Relais 70 ein Relais, das vorgesehen ist, um zu ermöglichen dass der Widerstandsteil 60 die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 verringert.
  • Demzufolge wird, selbst wenn das zweite Relais 70 nur für einige Sekunden eingeschaltet ist, die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 reduziert. Insbesondere da die Größe des Wertes des Widerstandsteils 60 reduziert wird, wird die Menge eines fließenden Stromes erhöht, und somit wird eine Verringerungsgeschwindigkeit der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 schnell sein.
  • Demzufolge, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenn die Einschaltzeit des zweiten Relais 70, die die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 plötzlich reduziert, d. h. die Zeit, die abgelaufen ist, nachdem das zweite Relais 70 eingeschaltet wird, die voreingestellte Referenzzeit überschreitet, wird es bestimmt, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 nicht der Spannung entspricht, die ausreicht, um die Hochspannungsbatterie 20 zu laden, und somit wird das erste Relais 40 ausgeschaltet. Hierbei kann wie der Spannungsreferenzwert die Referenzzeit ebenfalls verschiedene Werte in Abhängigkeit von den Spezifikationen der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsbatterie 20 aufweisen.
  • Darüber hinaus, wenn die ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie 20 unterhalb des voreingestellten Leistungsreferenzwertes liegt, wird es ebenfalls bestimmt, dass die Hochspannungsbatterie 20 nicht geladen werden kann, und somit wird das erste Relais 40 ausgeschaltet, wobei die ladbare Leistung auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 abgeleitet werden kann. Ferner kann wie der Spannungsreferenzwert der Leistungsreferenzwert ebenfalls in Abhängigkeit von den Spezifikationen der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsbatterie 20 unterschiedlich sein.
  • Selbst wenn das erste Relais 40 durch das vorhergehende Verfahren ausgeschaltet wird, befindet sich das zweite Relais 70 noch in dem Einschalt-Zustand, und demzufolge wird die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 kontinuierlich durch den Widerstandsteil 40 verbraucht. Demzufolge, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 auf einen Pegel reduziert wird, um zu verhindern, dass sich die Brennstoffzelle 10 verschlechtert, besteht eine Notwendigkeit, das zweite Relais 70 auszuschalten. Ferner wird die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 in einem 0 V-Zustand selbst in einem Schlüssel-Aus-Zustand (Zustand mit ausgeschalteter Zündung) des Fahrzeugs gehalten, indem ein drittes Relais 80, das mit dem zweiten Relais 70 parallel geschaltet ist, verbunden wird, nachdem das zweite Relais 70 ausgeschaltet ist, wodurch die Verschlechterung vollständig verhindert wird. Zu diesem Zweck verwendet das zweite Relais 70 ein Relais der normal offenen Bauart (Schließer-Typ), um während einer normalen Zeit in dem Ausschalt-Zustand gehalten zu werden und um zum Zeitpunkt der Steuerung eingeschaltet zu werden, und das dritte Relais 80 verwendet ein Relais der normal geschlossenen Bauart (Öffner-Typ), um während einer normalen Zeit eingeschaltet zu sein und zum Zeitpunkt der Steuerung ausgeschaltet zu werden. Durch die Auswahl des Relaistyps kann das dritte Relais 80 immer in dem Schlüssel-Aus-Zustand des Fahrzeugs eingeschaltet sein, um mit dem Widerstandsteil 60 verbunden zu sein.
  • Demzufolge verwendet das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Steuerverfahren oder dergleichen, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 kontinuierlich zu reduzieren, und dann, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 unter dem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt, das zweite Relais 70 ausschaltet, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 auf einem geeigneten Pegel zu halten. Hierbei kann der Spannungsmin0imalwert in Abhängigkeit von den Spezifikationen der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsbatterie 20 variieren.
  • Infolgedessen wird das zweite Relais 70 ausgeschaltet und somit kann die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 in ausreichender Weise reduziert werden, um zu verhindern, dass sich die Brennstoffzelle 10 verschlechtert, wobei das Einschalten des ersten Relais beibehalten wird und die Spannung des bidirektionalen Wandlers 30 geregelt wird, um die Hochspannungsbatterie 20 zu laden, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 rasch reduziert werden kann und die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden kann.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Steuersequenz des Abschaltsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs darstellt. Wie in 2 dargestellt, wird es gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung bestimmt ob das Fahrzeug, in dem die Brennstoffzelle 10 montiert ist, zum Stillstand kommt (S10). Dann, wenn es bestimmt wird, dass das Fahrzeug anhält, führt die Steuerung 50 einen Schritt (S20) zum Regeln der Spannung des bidirektionalen Wandlers durch, der zwischen der Brennstoffzelle ein Soll und der Hochspannungsbatterie 20 vorgesehen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 zu reduzieren, und gleichzeitig führt die Steuerung 50 einen Schritt (S30) zum Einschalten des zweiten Relais 70 durch, das zwischen dem Widerstandsteil 60, der vorgesehen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 zu verbrauchen, und der Brennstoffzelle 10 vorgesehen ist.
  • Ferner, wenn sowohl das erste Relais 40 als auch das zweite Relais 70 eingeschaltet sind, wird die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 10 auf weniger als der voreingestellte Spannungsreferenzwert verringert (S40), wobei die Steuerung 50 das erste Relais 40, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler 30 vorgesehen ist, ausschaltet (S50). Während 2 nur das Vergleichen der Spannung des Ausgangsanschlusses mit dem Spannungsreferenzwert darstellt (S40), kann es stattdessen auf der Grundlage der Einschaltdauer des zweiten Relais 70 oder der ladbaren Leistung der Hochspannungsbatterie 20, wie oben beschrieben, bestimmt werden, ob das erste Relais 40 ausgeschaltet ist.
  • Nach dem Ausschalten des ersten Relais 40 (S50) wird die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit dem voreingestellten Spannungsminimalwert verglichen (S60) und wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter dem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt, schaltet die Steuerung 50 das zweite Relais 70 aus (S70) und das Öffner-Relais 80 wird eingeschaltet, um mit dem Widerstandsteil 60 verbunden zu werden (S80), so dass die Abschaltsequenz des Brennstoffzellenfahrzeugs endet. Demzufolge wird die Spannung der Brennstoffzelle bei 0 V selbst in dem Abschalt- oder Schlüssel-Aus-Zustand des Fahrzeugs gehalten, um die Verschlechterung zu verhindern.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich den bidirektionalen Wandler und das Relais, die das Energiesystem des Brennstoffzellenfahrzeugs bilden, in geeigneter Weise zu regeln, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle schnell und stabil zu entfernen, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, und um die Hochspannungsbatterie mit der Energie zu laden, die aufgrund des Verbrauchs der Brennstoffzellenspannung jedes Mal verschwendet wird, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug anhält, um die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden kann, ohne von der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims (18)

  1. Abschaltsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: eine Brennstoffzelle, die eingerichtet ist, um eine hohe Spannung auszugeben; eine ladbare Hochspannungsbatterie; einen bidirektionalen Wandler, der zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist; ein erstes Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler angeordnet ist; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine Spannung des bidirektionalen Wandlers zu regeln, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren und um das erste Relais abzuschalten, wenn ein Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  2. Abschaltsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Widerstandsteil, der eingerichtet ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu verbrauchen; und ein zweites Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem Widerstand angeordnet ist, wobei die Steuerung das zweite Relais einschaltet, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug anhält, um zu ermöglichen, dass der Widerstandsteil die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle verbraucht.
  3. Abschaltsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerung das zweite Relais ausschaltet, wenn der Spannungswert des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt.
  4. Abschaltsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerung das erste Relais ausschaltet, wenn eine voreingestellte Referenzzeit nach Einschalten des zweiten Relais abgelaufen ist.
  5. Abschaltsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerung das erste Relais ausschaltet, wenn eine ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Leistungsreferenzwert liegt.
  6. Abschaltsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eine Spannung des bidirektionalen Wandlers regelt, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf eine voreingestellte Änderungsrate reduziert ist.
  7. Abschalt-Steuerverfahren eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: Regeln, durch eine Steuerung, einer Spannung eines bidirektionalen Wandlers, der zwischen einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie vorgesehen ist, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren; und Ausschalten, durch die Steuerung, eines ersten Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler vorgesehen ist, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  8. Abschalt-Steuerverfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Einschalten, durch die Steuerung, eines zweiten Relais, das vorgesehen ist zwischen einem Widerstandsteil, der vorgesehen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu verbrauchen, und der Brennstoffzelle, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt.
  9. Abschalt-Steuerverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Ausschalten, durch die Steuerung, des zweiten Relais, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt.
  10. Abschalt-Steuerverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Ausschalten, durch die Steuerung, des ersten Relais, wenn eine voreingestellte Referenzzeit nach Einschalten des zweiten Relais verstreicht.
  11. Abschalt-Steuerverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Ausschalten, durch die Steuerung, des ersten Relais, wenn eine ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Leistungsreferenzwert liegt.
  12. Abschalt-Steuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung die Spannung des bidirektionalen Wandlers regelt, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf eine voreingestellte Änderungsrate reduziert wird.
  13. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle enthält, die durch einen Prozessor ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweisend: Programmbefehle, die eine Spannung eines bidirektionalen Wandlers, der zwischen einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie vorgesehen ist, regeln, wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug zum Stillstand kommt, um eine Spannung eines Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu reduzieren; und Programmbefehle, die ein erstes Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem bidirektionalen Wandler vorgesehen ist, ausschalten, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsreferenzwert liegt.
  14. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 13, ferner aufweisend: Programmbefehle, die ein zweites Relais einschalten, das vorgesehen ist zwischen einem Widerstandsteil, der vorgesehen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu verbrauchen, und der Brennstoffzelle, wenn das Fahrzeug anhält.
  15. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Programmbefehle, die das zweite Relais ausschalten, wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle unter einem voreingestellten Spannungsminimalwert liegt.
  16. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Programmbefehle, die das erste Relais ausschalten, wenn eine voreingestellte Referenzzeit nach Einschalten des zweiten Relais abläuft.
  17. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Programmbefehle, die das erste Relais ausschalten, wenn eine ladbare Leistung der Hochspannungsbatterie auf der Grundlage der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle und einem voreingestellten Leistungsreferenzwert liegt.
  18. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 13, wobei die Spannung des bidirektionalen Wandlers geregelt wird, so dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf eine voreingestellte Änderungsrate reduziert wird.
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