DE102017111644A1 - Brennstoffzellensystem und steuerungsverfahren dafür - Google Patents

Brennstoffzellensystem und steuerungsverfahren dafür Download PDF

Info

Publication number
DE102017111644A1
DE102017111644A1 DE102017111644.3A DE102017111644A DE102017111644A1 DE 102017111644 A1 DE102017111644 A1 DE 102017111644A1 DE 102017111644 A DE102017111644 A DE 102017111644A DE 102017111644 A1 DE102017111644 A1 DE 102017111644A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
converter
smoothing capacitor
voltage
battery
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102017111644.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102017111644B4 (de
Inventor
Yuji Kakeno
Kenji Umayahara
Takao Watanabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102017111644A1 publication Critical patent/DE102017111644A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102017111644B4 publication Critical patent/DE102017111644B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04656—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/04888—Voltage of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Vorgesehen ist ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem ist konfiguriert, um bei Empfang einer Anweisung zum Starten der Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems: (i) einen Ausgabegrenzwert einer Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation einer Temperatur der Sekundärbatterie zum Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie zu erhalten; (ii) einen Batteriewandler zu steuern, so dass eine Spannung eines in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung auf eine Startzeit-Zielspannung erhöht wird, die höher ist als eine Leerlaufspannung einer Brennstoffzelle, so dass eine Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert nicht überschreitet; und (iii) den Kompressor zu betreiben, so dass die Zufuhr des Kathodengases durch das Kathodengaszufuhrsystem gestartet wird, und das Hauptabsperrventil zu öffnen, so dass die Zufuhr des Anodengases durch das Anodengaszufuhrsystem gestartet wird.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der am 21. Juni 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung 2016-122194 , deren Inhalt hiermit durch Verweis in diese Anmeldung mit einbezogen wird.
  • HINTERGRUND
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerungsverfahren dafür.
  • Verwandter Stand der Technik
  • JP 2015-220961 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem, das konfiguriert ist, um eine Brennstoffzelle, einen mit der Brennstoffzelle verbundenen FC- bzw. Brennstoffzellen-Verstärkungswandler, eine Sekundärbatterie, einen mit der Sekundärbatterie verbundenen Batteriewandler und einen mit dem FC-Verstärkungswandler und mit dem Batteriewandler verbundenen Inverter zu beinhalten. Der Ausgang des Inverters ist mit einem Antriebsmotor für das Fahrzeug und einem Luftkompressor zum Zuführen eines Kathodengases zu der Brennstoffzelle verbunden. Der Batteriewandler ist allgemein so konfiguriert, dass er einen Glättungskondensator auf einer Verstärkungsseite (auf einer Inverterseite) beinhaltet.
  • Beim Start des Brennstoffzellensystems wird der Luftkompressor über den Inverter betätigt, um der Brennstoffzelle das Kathodengas zum Starten der Leistungserzeugung zuzuführen. Dabei wird der in dem Batteriewandler beinhaltete Glättungskondensator mit elektrischer Leistung, die aus der Sekundärbatterie ausgegeben wird, aufgeladen. Mit anderen Worten wird die elektrische Ausgabeleistung der Sekundärbatterie beim Start des Brennstoffzellensystems verwendet, um den Luftkompressor zu betreiben und gleichzeitig den Glättungskondensator aufzuladen, bevor die Brennstoffzelle die Leistungserzeugung startet. Die aus der Sekundärbatterie ausgegebene elektrische Leistung überschreitet aufgrund des Aufladens des Glättungskondensators einen Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie. Dies führt dazu, dass eine Verschlechterung der Sekundärbatterie bewirkt wird. Es wurden jedoch keine ausreichenden Maßnahmen bereitgestellt, um eine Verschlechterung der Sekundärbatterie beim Start des Brennstoffzellensystems zu unterbinden.
  • KURZFASSUNG
  • Um mindestens einen Teil der oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist die Offenbarung durch nachstehend beschriebene Aspekte implementierbar.
    • (1) Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle, einen FC-Wandler, der als ein DC-DC- bzw. Gleichspannungswandler vorgesehen ist und mit der Brennstoffzelle auf einer Eingangsseite davon und mit einer Hauptleitung auf einer Ausgangsseite davon verbunden ist; eine Sekundärbatterie; einen als ein DC-DC-Wandler vorgesehenen Batteriewandler, der zwischen die Sekundärbatterie und die Hauptleitung geschaltet ist und konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Hauptleitungsseite davon zu beinhalten; einen Batteriesensor, der konfiguriert ist, um eine Temperatur der Sekundärbatterie zu messen; einen Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine Spannung des Glättungskondensators zu messen; ein Kathodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um einen Kompressor zu beinhalten, der mit aus der Hauptleitung zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Kathodengas zuzuführen; ein Anodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um ein Hauptabsperrventil zu beinhalten, das mit aus der Sekundärbatterie zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Anodengas zuzuführen; und einen Controller. Der Controller ist konfiguriert, um bei Empfang einer Anweisung zum Starten der Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems: (i) einen Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur der Sekundärbatterie zum Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie zu erhalten; (ii) den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung des Glättungskondensators auf eine Startzeit-Zielspannung erhöht wird, die höher ist als eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle, so dass eine Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert nicht überschreitet; und (iii) den Kompressor zu betreiben, so dass die Zufuhr des Kathodengases durch das Kathodengaszufuhrsystem gestartet wird, und das Hauptabsperrventil zu öffnen, so dass die Zufuhr des Anodengases durch das Anodengaszufuhrsystem gestartet wird.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung des Glättungskondensators auf die Startzeit-Zielspannung erhöht wird, die höher ist als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle, so dass die Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert nicht überschreitet. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zu starten, nachdem die Spannung des Glättungskondensators größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung wird. Diese Konfiguration verhindert, dass die Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert überschreitet, und unterbindet dadurch eine Verschlechterung der Sekundärbatterie.
    • (2) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; die Startzeit-Zielspannung kann ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems sein.
  • Die Startzeit-Zielspannung ist der untere Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist somit konfiguriert, um die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zu der Brennstoffzelle zu starten, nachdem der Glättungskondensator ausreichend aufgeladen ist.
    • (3) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei der FC-Wandler so konfiguriert sein kann, dass er einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon beinhaltet, und der Controller so konfiguriert sein kann, dass er den Batteriewandler derart steuert, dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α einen Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnet; und t einen verstrichenen Zeitraum seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung die obigen Gleichungen erfüllt. Diese Konfiguration verhindert, dass die Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert Wout überschreitet.
    • (4) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei die Startzeit-Zielspannung eine vorbestimmte Spannung sein kann, welche niedriger ist als ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle zu dem früheren Zeitpunkt zu starten, verglichen mit dem in (2) beschriebenen Brennstoffzellensystem des obigen Aspekts.
    • (5) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei der FC-Wandler konfiguriert sein kann, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon zu beinhalten, und, wenn Vtar2 eine Startzeit-Zielspannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, der Controller konfiguriert sein kann, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, bis die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und der Controller konfiguriert ist, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, nachdem die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = β × [(2 × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, VC(t) = [2 × β × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, und VC(t) = [2 × (β × Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α und β jeweils Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnen; t eine verstrichene Zeit seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet; tx eine verstrichene Zeit kennzeichnet, bis die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung nach dem Start des Batteriewandlers die Startzeit-Zielspannung Vtar 2 erreicht; und Paux einen Leistungsverbrauch während Betriebsvorgängen des Kompressors und des Hauptabsperrventils kennzeichnet.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung die obigen Gleichungen erfüllt. Diese Konfiguration verhindert, dass die Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert Wout überschreitet.
    • (6) Brennstoffzellensystem gemäß dem obigen Aspekt; wobei der Batteriesensor konfiguriert sein kann, um eine SOC-Recheneinheit zu beinhalten, die konfiguriert ist, um einen SOC bzw. Ladezustand der Sekundärbatterie zu berechnen, und der Controller konfiguriert sein kann, um den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur und des SOC der Sekundärbatterie zu dem Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie und des berechneten SOC zu erhalten.
  • Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts ist konfiguriert, um den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie mit höherer Genauigkeit zu erhalten.
  • Die vorliegende Offenbarung kann durch verschiedene andere Aspekte als das Brennstoffzellensystem, beispielsweise ein Steuerungsverfahren für das Brennstoffzellensystem, ein mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Fahrzeug und einen mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten bewegten Körper, implementiert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung, die beim Start des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
  • 3 zeigt Graphen, die Veränderungen der Spannung des zweiten Glättungskondensators, der Ausgabeleistung Pout aus der Sekundärbatterie und der Drehzahl des Kompressors zeigen.
  • 4 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung, die beim Start des Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.
  • 5 zeigt Graphen, die Veränderungen der Spannung des zweiten Glättungskondensators, der Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie und der Drehzahl des Kompressors gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Erste Ausführungsform]
  • 1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Dieses Brennstoffzellensystem 10 ist an einem bewegten Körper wie etwa einem Fahrzeug 1000 montiert. Dieses Brennstoffzellensystem 10 kann konfiguriert sein, um eine Brennstoffzelle 100 (in den Zeichnungen als „FC” bezeichnet), erste Hochspannungsleitungen 110, einen FC-Wandler 120, einen Batteriewandler 220, zweite Hochspannungsleitungen 210, eine Sekundärbatterie 200, einen Inverter 300, einen Antriebsmotor 310, Hilfsmaschinen 330, einen Controller 400, einen Startschalter 410 (in den Zeichnungen als „Startschalter (SW)” bezeichnet), ein Kathodenzufuhrsystem 500, welches einen Kompressor 510 beinhaltet, und ein Anodengaszufuhrsystem 600, welches einen Kraftstofftank 610 beinhaltet, zu beinhalten. Die ersten Hochspannungsleitungen 110 werden auch „Hauptleitungen” genannt.
  • Die Brennstoffzelle 100 ist eine Leistungserzeugungsvorrichtung, die zum Erzeugen von elektrischer Leistung durch eine Reaktion eines Anodengases und eines Kathodengases konfiguriert ist. Eine Eingangsseite des FC-Wandlers 120 ist mit der Brennstoffzelle 100 verbunden. Eine Ausgangsseite des FC-Wandlers 120 ist durch die ersten Hochspannungsleitungen 110 mit einer Hochspannungsseite des Batteriewandlers 220 verbunden. Eine Niedrigspannungsseite des Batteriewandlers 220 ist durch die zweiten Hochspannungsleitungen 210 mit der Sekundärbatterie 200 verbunden.
  • Der FC-Wandler 120 ist ein DC-DC-Wandler, der konfiguriert ist, um eine Drosselspule 122 (auch „Spule 122” genannt), einen Schalter 124, eine Diode 126 und einen ersten Glättungskondensator 128 zur Verstärkung zu beinhalten. Die Diode 126 und der Schalter 124 sind zwischen einer positivseitigen ersten Hochspannungsleitung 110p und einer negativseitigen ersten Hochspannungsleitung 110n in Reihe geschaltet. Die Drosselspule 122 hat einen Anschluss, der mit einer positiven Elektrode der Brennstoffzelle 100 verbunden ist, und den anderen Anschluss, der zwischen die Diode 126 und den Schalter 124 geschaltet ist. Der erste Glättungskondensator 128 ist parallel zur Diode 126 und zum Schalter 124 so angeordnet, dass er zwischen der positivseitigen ersten Hochspannungsleitung 110p und der negativseitigen ersten Hochspannungsleitung 110n platziert ist. Mit anderen Worten ist der erste Glättungskondensator 128 mit der Ausgangsseite des FC-Wandlers 120 verbunden (das heißt, gegenüberliegend zu der Brennstoffzelle 100).
  • Der Batteriewandler 220 ist ein bidirektionaler DC-DC-Wandler, der konfiguriert ist, um eine Drosselspule 222 (auch „Spule 222” genannt), zwei Schalter 224 und 226, zwei Dioden 228 und 230 sowie zwei (einen zweiten und dritten) Glättungskondensatoren 232 und 234 zu beinhalten. Die beiden Schalter 224 und 226 sind zwischen der positivseitigen ersten Hochspannungsleitung 110p und der negativseitigen ersten Hochspannungsleitung 110n in Reihe geschaltet. Die Diode 228 ist parallel zum Schalter 224 geschaltet, und die Diode 230 ist parallel zum Schalter 226 geschaltet. Der zweite Glättungskondensator 232 ist mit der positivseitigen ersten Hochspannungsleitung 110p und mit der negativseitigen ersten Hochspannungsleitung 110n verbunden. Die ersten Hochspannungsleitungen 110 (Hauptleitungen) dienen als Leitungen auf der Hochspannungsseite des Batteriewandlers 220. Der zweite Glättungskondensator 232 ist ein Glättungskondensator zur Verstärkung, der mit der Hochspannungsseite des Batteriewandlers 220 verbunden ist. Die Drosselspule 222 hat einen Anschluss, der zwischen die beiden Schalter 224 und 226 geschaltet ist, und den anderen Anschluss, der mit einer positivseitigen zweiten Hochspannungsleitung 210p verbunden ist. Der dritte Glättungskondensator 234 ist mit der positivseitigen zweiten Hochspannungsleitung 210p und mit einer negativseitigen zweiten Hochspannungsleitung 210n verbunden. Der dritte Glättungskondensator 234 ist ein Glättungskondensator zum Herabsetzen, welcher mit der Niedrigspannungsseite des Batteriewandlers 220 verbunden ist. Ein Spannungssensor 240 ist auf der Hochspannungsseite des Batteriewandlers 220 vorgesehen, um eine Spannung des zweiten Glättungskondensators 232 zu messen.
  • Die Sekundärbatterie 200 kann beispielsweise durch eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie konfiguriert sein. Die Sekundärbatterie 200 ist mit einem Batteriesensor 208 ausgestattet, der einen Spannungssensor 202, der konfiguriert ist, um eine Spannung der Sekundärbatterie 200 zu messen, einen Stromsensor 204, der konfiguriert ist, um einen elektrischen Strom der Sekundärbatterie 200 zu messen, und einen Temperatursensor 206, der konfiguriert ist, um eine Temperatur der Sekundärbatterie 200 zu messen, beinhaltet. Gemäß einer zu bevorzugenden Konfiguration beinhaltet der Batteriesensor 208 ferner einen SOC-Berechner 207, der konfiguriert ist, um einen SOC (Ladezustand) der Sekundärbatterie 200 zu berechnen. Die Spannung der Sekundärbatterie 200 kann 200 V bis 400 V betragen, beträgt vorzugsweise 240 V bis 350 V und beträgt stärker bevorzugt 260 V bis 300 V. Eine Spannung der zweiten Hochspannungsleitungen 210 während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems 10 (d. h. eine Spannung der positivseitigen zweiten Hochspannungsleitung 210p relativ zu der negativseitigen zweiten Hochspannungsleitung 210n) ist annähernd gleich der Spannung der Sekundärbatterie 200. Eine Spannung VC (Zielspannung) des zweiten Glättungskondensators 232 während eines gewöhnlichen Betriebs ist annähernd gleich einer Spannung der ersten Hochspannungsleitungen 110 (d. h., einer Spannung der positivseitigen ersten Hochspannungsleitung 110p relativ zu der negativseitigen ersten Hochspannungsleitung 110n) und kann 400 V bis 700 V betragen, beträgt vorzugsweise 500 V bis 680 V und beträgt stärker bevorzugt 600 V bis 650 V. Wenn beispielsweise die Zielspannung des zweiten Glättungskondensators 232 während eines gewöhnlichen Betriebs in einem Bereich von 600 V bis 650 V liegt, dann beträgt ein unterer Grenzwert der Zielspannung 600 V.
  • Der Inverter 300 ist mit den ersten Hochspannungsleitungen 110 verbunden. Der Inverter 300 ist konfiguriert, um eine DC-Leistung in beispielsweise eine dreiphasige AC- bzw. Wechselstromleistung umzuwandeln und die umgewandelte Leistung dem Antriebsmotor 310 und dem Kompressor 510 zuzuführen (oder genauer gesagt einem Motor, der zum Betreiben des Kompressors 510 vorgesehen ist). Der Antriebsmotor 310 ist ein Motor, der konfiguriert ist, um Antriebsräder (nicht gezeigt) des bewegten Körpers anzutreiben. Der Kompressor 510 ist eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um der Brennstoffzelle 100 das Kathodengas zuzuführen. Gemäß einer Modifikation können der Antriebsmotor 310 und der Kompressor 510 als der DC- bzw. Gleichstromantriebstyp vorgesehen sein, und der Inverter 300 kann weggelassen sein. In dieser Modifikation werden der Antriebsmotor 310 und der Kompressor 510 mit aus den ersten Hochspannungsleitungen 110 zugeführter elektrischer Leistung betrieben, gleich der Konfiguration von 1.
  • Die Hilfsmaschinen 330 beinhalten andere Vorrichtungen als den Kompressor 510, welche zum Betreiben der Brennstoffzelle 100 vorgesehen sind, beispielsweise eine Wasserstoffpumpe, eine Kühlflüssigkeitspumpe und einen DC-DC-Wandler zum Herabsetzen (nicht einzeln gezeigt). Unter den Hilfsmaschinen 300 können die anderen Hilfsmaschinen als der DC-DC-Wandler mit Niedrigspannungsleitungen (nicht gezeigt) auf einer Step-Down- bzw. Herabsetzseite des DC-DC-Wandlers verbunden sein. Die Niedrigspannungsleitungen können auf eine Spannung von beispielsweise 12 V bis 14 V eingestellt sein.
  • Das Kathodengaszufuhrsystem 500 kann den Kompressor 510 und eine Kathodengasrohrleitung 520 beinhalten und ist konfiguriert, um der Brennstoffzelle 100 die Luft als das Kathodengas zuzuführen. Das Anodengaszufuhrsystem 600 kann den Kraftstofftank 610, ein Hauptabsperrventil 620 und eine Anodengasrohrleitung 630 beinhalten. Der Kraftstofftank 610 ist konfiguriert, um das Anodengas, welches für die Brennstoffzelle 100 verwendet wird, zu speichern. Das Hauptabsperrventil 620 ist ein elektromagnetisches Ventil, das mit elektrischer Leistung, welche aus der Sekundärbatterie 200 oder einer Sekundärbatterie niedrigerer Spannung (nicht gezeigt) zugeführt wird, betrieben wird und konfiguriert ist, um die Zufuhr des Anodengases aus dem Kraftstofftank 610 herzustellen und zu trennen. Ein Druckregler, der zum Regeln einer Zufuhrmenge des Anodengases zu der Brennstoffzelle 100 konfiguriert ist, und ein Injektor, der zum Einspritzen des Anodengases in die Brennstoffzelle 100 konfiguriert ist, sind, obgleich nicht speziell veranschaulicht, zwischen dem Hauptabsperrventil 620 und der Brennstoffzelle 100 vorgesehen.
  • Der Controller 400 ist konfiguriert, um die Betriebsvorgänge des Brennstoffzellensystems 10 zu steuern. Der Controller 400 beinhaltet eine Recheneinheit 405, die zum Berechnen oder Erhalten eines Ausgabegrenzwerts der Sekundärbatterie 200 und eines Spannungsbefehlswerts zur Verstärkungssteuerung des Batteriewandlers 220 konfiguriert ist. Der Controller 400 und die Recheneinheit 405 können als eine integrale Einheit konfiguriert sein oder können als separate Einheiten konfiguriert sein. Der Controller 400 kann eigenständig vorgesehen sein oder kann als Teil einer anderen Steuerungsvorrichtung, beispielsweise als Teil einer Steuerungsvorrichtung des bewegten Körpers, integriert sein. Gemäß der Ausführungsform ist der Controller 400 konfiguriert, um verschiedene Steuerungen durchzuführen. Gemäß einer Modifikation können ein Controller, der zum Steuern des Batteriewandlers 220 und des Inverters 300 konfiguriert ist, und ein Controller, der zum Steuern der Hilfsmaschinen 330 konfiguriert ist, als separate Controller vorgesehen sein. Der Startschalter 410 ist ein Schalter, der zum Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems 10 konfiguriert ist.
  • 2 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung, die beim Start des Brennstoffzellensystems 10 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Wenn der Controller 400 einen EIN-Betrieb des Startschalters 410 erfasst, um in Schritt S100 eine Anweisung zum Starten der Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems 10 bereitzustellen, dann fährt der Controller 400 mit Schritt S110 fort, um einen Ausgabegrenzwert Wout der Sekundärbatterie 200 zu erhalten. Der Ausgabegrenzwert Wout der Sekundärbatterie 200 zeigt eine maximale elektrische Leistung an, die von der Sekundärbatterie 200 zuführbar ist, während eine Verschlechterung der Sekundärbatterie 200 unterbunden wird, und hängt vom SOC und der Temperatur der Sekundärbatterie 200 ab. Der SOC ist ein Index, der den Ladegrad der Sekundärbatterie 200 anzeigt: 0% zeigt den Zustand an, in dem die Sekundärbatterie 200 überhaupt nicht geladen ist, und 100% zeigt den Zustand an, in dem die Sekundärbatterie 200 vollständig aufgeladen ist. Im Allgemeinen sieht der Ausgabegrenzwert Wout einen größeren Wert bei dem höheren SOC der Sekundärbatterie 200 vor und sieht einen kleineren Wert bei dem niedrigeren SOC der Sekundärbatterie 200 vor. Solange der SOC der Sekundärbatterie 200 ein Wert in einem gewöhnlichen Betriebsbereich der Sekundärbatterie 200 ist, beeinträchtigt der SOC den Ausgabegrenzwert Wout nicht signifikant, und der Ausgabegrenzwert Wout hängt im Wesentlichen nur von der Temperatur ab. Der Ausgabegrenzwert Wout nimmt tendenziell mit einer Abnahme der Temperatur der Sekundärbatterie 200 ab. Eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie, welche für die Sekundärbatterie 200 verwendbar ist, weist im Vergleich zu anderen Sekundärbatterien, beispielsweise einer Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine größere Abnahmerate des Ausgabegrenzwerts Wout bei einer Abnahme der Temperatur auf. Wenn die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie für die Sekundärbatterie 200 verwendet wird, besteht somit ein besonders hoher Bedarf zu verhindern, dass aus der Sekundärbatterie 200 beim Start des Brennstoffzellensystems 10 bei einer niedrigen Temperatur eine hohe elektrische Leistung ausgegeben wird. Wenn für die Sekundärbatterie 200 irgendeine andere Batterie als die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird, dann verhindert ein Beibehalten des Ausgabegrenzwerts Wout eine Verschlechterung der Batterie. Wie oben beschrieben, hängt der Ausgabegrenzwert Wout der Sekundärbatterie 200 im Wesentlichen nur von der Temperatur ab. Der Ausgabegrenzwert Wout kann somit unter Verwendung lediglich der Temperatur der Sekundärbatterie 200 bestimmt werden. Jedoch stellt das Verwenden sowohl der Temperatur als auch des SOC der Sekundärbatterie 200 den genaueren Ausgabegrenzwert Wout bereit. Die Recheneinheit 405 kann konfiguriert sein, um eine Relation zwischen der Temperatur (und dem SOC) der Sekundärbatterie 200 und dem Ausgabegrenzwert Wout, welche experimentell oder anderweitig vorab bestimmt wird, in Form eines Kennfelds oder einer Nachschlagetabelle zu speichern und den Ausgabegrenzwert Wout unter Verwendung dieser Relation zu erhalten.
  • In Schritt S120 betreibt der Controller 400 den Batteriewandler 220 zum Aufladen des zweiten Glättungskondensators 232 (und des ersten Glättungskondensators 128) auf eine Startzeit-Zielspannung Vtar1. Der Controller 400 veranlasst die Recheneinheit 405, eine zeitliche Veränderung der Spannung des zweiten Glättungskondensators 232 derart zu berechnen, dass der Ausgabegrenzwert Wout der Sekundärbatterie 200 nicht überschritten wird, und steuert den Betrieb des Batteriewandlers 220.
  • Die Recheneinheit 405 berechnet eine zeitliche Veränderung der Spannung des zweiten Glättungskondensators 232, wie oben beschrieben. In der folgenden Beschreibung kennzeichnet V1 eine Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 unmittelbar vor dem Start des Betriebs des Batteriewandlers 220, Vtar1 kennzeichnet die Startzeit-Zielspannung des zweiten Glättungskondensators 232, C2 kennzeichnet eine Kapazität des zweiten Glättungskondensators 232, C1 kennzeichnet eine Kapazität des ersten Glättungskondensators 128, und Wout kennzeichnet den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie 200. Die Startzeit-Zielspannung Vtar1 des zweiten Glättungskondensators 232 ist eine vorbestimmte Spannung, die höher ist als eine Leerlaufspannung (OCV) der Brennstoffzelle 100. Die „Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 100” bedeutet eine Leerlaufspannung während eines gewöhnlichen Betriebs der Brennstoffzelle 100 und kennzeichnet insbesondere eine Leerlaufspannung, wenn der Brennstoffzelle 100 ausreichende Mengen des Kathodengases und des Anodengases zugeführt werden. Gemäß der ersten Ausführungsform ist während eines gewöhnlichen Betriebs die Startzeit-Zielspannung Vtar1 auf einen unteren Grenzwert einer Zielspannung des zweiten Glättungskondensators 232 festgesetzt. Eine Energie Eup, welche erforderlich ist, um die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 von der Spannung V1 unmittelbar vor dem Start des Betriebs des Batteriewandlers 220 auf die Startzeit-Zielspannung Vtar1 zu erhöhen, ist durch nachstehend angegebene Gleichung (1) gezeigt: Eup = (C1 + C2)(Vtar12 – V12)/2 (1)
  • Gleichung (1) beinhaltet die Kapazität C1 des ersten Glättungskondensators 128, da in der Konfiguration der ersten Ausführungsform der FC-Wandler 120 mit dem Batteriewandler 220 verbunden ist und der erste Glättungskondensator 128 und der zweite Glättungskondensator 232 parallel zueinander geschaltet sind.
  • Unter der Annahme, dass die elektrische Ausgabeleistung der Sekundärbatterie 200 gleich dem Ausgabegrenzwert Wout ist, gilt nachstehend angegebene Gleichung (2): Eup = Wout × Tup (2)
  • In Gleichung (2) kennzeichnet Tup einen Zeitraum, der erforderlich ist, um die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 von der aktuellen Spannung V1 auf die Startzeit-Zielspannung Vtar1 zu erhöhen.
  • Gleichung (3) wird aus Gleichung (1) und Gleichung (2) erhalten: Wout × Tup = (C1 + C2)(Vtar12 – V12)/2 (3)
  • Gleichung (4) wird erhalten, wenn eine Spannung des zweiten Glättungskondensators 232 zu einer verstrichenen Zeit t seit dem Start des Batteriewandlers 220 in Gleichung (3) als VC(t) ausgedrückt wird. Gleichung (5) wird erhalten, indem Gleichung (4) nach der Spannung VC(t) des zweiten Glättungskondensators 232 aufgelöst wird: Wout × t = (C1 + C2)(VC(t)2 – V12)/2 (4) VC(t) = [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 (5)
  • Der Controller 400 führt eine Rückkopplungsregelung der Spannung auf der Ausgangsseite (Hochspannungsseite) des Batteriewandlers 220 derart durch, dass eine Veränderung der Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 entweder Gleichung (6) oder Gleichung (7) erfüllt, welche nachstehend angegeben sind: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 (6) VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 (7)
  • In Gleichung (6) und (7) ist ein Koeffizient α ein Wert größer als 0 und nicht größer als 1 und kann beispielsweise ein Wert in einem Bereich von 0,8 bis 0,95 sein.
  • In Schritt S130 bestimmt der Controller 400, ob die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung Vtar1 wird oder nicht. Wenn VC ≥ Vtar1 nicht erfüllt ist, dann kehrt der Controller 400 zu Schritt S120 zurück. Wenn VC ≥ Vtar1 hingegen erfüllt ist, dann fährt der Controller 400 mit Schritt S140 fort, um den Kompressor 510 unter Verwendung des Inverters 300 derart zu betreiben, dass die Zufuhr des Kathodengases zu der Brennstoffzelle 100 gestartet wird, und um das Hauptabsperrventil 620 zu öffnen, so dass die Zufuhr des Anodengases zu der Brennstoffzelle 100 gestartet wird. Dies macht die Brennstoffzelle 100 bereit zur Leistungserzeugung. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass der FC-Wandler 120 für einige Zeit in einem nicht-betriebenen Zustand gehalten wird. Zu dieser Zeit ist die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 höher als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 100. Selbst wenn die Brennstoffzelle 100 bereit zur Leistungserzeugung ist, fließt somit kein elektrischer Strom von der Brennstoffzelle 100 zum zweiten Glättungskondensator 232, es sei denn, der FC-Wandler 120 wird betrieben. Diese Konfiguration verhindert, dass die Brennstoffzelle 100 eine elektrische Leistung bei einer geringen Zufuhr des Anodengases ausgibt, und somit ist es unwahrscheinlich, dass sie eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 100 bewirkt. Der Controller 400 wechselt bei anschließender Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung (zum Beispiel der Bedingung, dass die Strömungsraten des Anodengases und des Kathodengases vorbestimmte ausreichende Niveaus erreichen) zu einer Steuerung des gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems 10.
  • 3 zeigt Graphen, welche Veränderungen der Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232, der Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 und der Drehzahl des Kompressors 510 zeigen. Ein Vergleichsbeispiel ist ein Beispiel, in dem der Spannungsbefehlswert zur Verstärkungssteuerung des Batteriewandlers 220 auf die Startzeit-Zielspannung Vtar1 festgelegt ist und es keine Ausgabebegrenzung der Sekundärbatterie 200 gibt.
  • Sowohl im Vergleichsbeispiel als auch in der ersten Ausführungsform startet der Controller 400 den Betrieb des Batteriewandlers 220 zu einem Zeitpunkt t0. Im Vergleichsbeispiel erreicht die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 zu einem Zeitpunkt t10 die Startzeit-Zielspannung Vtar1, und der Controller 400 steuert die Brennstoffzelle 100 zum Starten der Leistungserzeugung. Die Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 für einen Zeitraum ab dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t10 überschreitet jedoch den Ausgabegrenzwert Wout. Dies bewirkt wahrscheinlich eine Verschlechterung der Sekundärbatterie 200.
  • In der ersten Ausführungsform hingegen wird die Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 so reguliert, dass sie nicht höher ist als der Ausgabegrenzwert Wout. Nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar1 zu einem Zeitpunkt t20 erreicht, steuert der Controller 400 die Brennstoffzelle 100 zum Starten der Leistungserzeugung. Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 so reguliert, dass sie nicht höher ist als der Ausgabegrenzwert Wout für einen Zeitraum ab dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t20. Diese Konfiguration unterbindet eine Verschlechterung der Sekundärbatterie 200. Zusätzlich startet die Brennstoffzelle 100 die Leistungserzeugung, nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar1 erreicht. Dies unterbindet eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 100.
  • Wie oben beschrieben, steuert gemäß der ersten Ausführungsform der Controller 400 den Batteriewandler 220 zum Erhöhen der Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 auf die Startzeit-Zielspannung Vtar1, während er die Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 so reguliert, dass sie nicht höher ist als der Ausgabegrenzwert Wout. Nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 den Startzeit-Zielwert Vtar1 erreicht, startet der Controller 400 die Zufuhr des Anodengases und des Kathodengases zu der Brennstoffzelle 100. Diese Konfiguration unterbindet eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 100 und unterbindet eine Verschlechterung der Sekundärbatterie 200.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • 4 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung, die beim Start eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. Das Brennstoffzellensystem 10 der zweiten Ausführungsform besitzt die gleiche schematische Konfiguration wie jene des Brennstoffzellensystems 10 der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Das Flussdiagramm der Steuerung, die beim Start des Brennstoffzellensystems 10 der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, ist ähnlich dem Flussdiagramm der in 2 gezeigten Steuerung, mit der Ausnahme, dass die Schritte S120 und S130 durch die Schritte S125 und S135 ersetzt sind, und dass die Schritte S150 und S160 nach Schritt S140 hinzugefügt sind. Im Folgenden werden hauptsächlich solche Unterschiede beschrieben.
  • In Schritt S125 betreibt der Controller 400 den Batteriewandler 220 zum Aufladen des zweiten Glättungskondensators 232 (und des ersten Glättungskondensators 128) auf eine Startzeit-Zielspannung Vtar2. Diese Startzeit-Zielspannung Vtar2 ist eine Spannung, die höher als die Leerlaufspannung (OCV) der Brennstoffzelle 100 und niedriger als die in der ersten Ausführungsform verwendete Startzeit-Zielspannung Vtar1 (d. h. der untere Grenzwert einer Zielspannung des zweiten Glättungskondensators 232 während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems 10). Es ist zu bevorzugen, dass der Controller 400 eine Rückkopplungsregelung durchführt, um Gleichung (6) oder Gleichung (7) zu erfüllen, bis die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 (6) VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 (7)
  • In Schritt S135 bestimmt der Controller 400, ob die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung Vtar2 wird. Nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 diese Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht, fließt selbst dann, wenn die Brennstoffzelle 100 bereit zur Leistungserzeugung ist, kein elektrischer Strom von der Brennstoffzelle 100 zum zweiten Glättungskondensator 232, sofern nicht der FC-Wandler 120 betrieben wird. Diese Konfiguration unterbindet demgemäß eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 100. Wenn in Schritt S135 die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung Vtar2 wird, führt der Controller 400 mit Schritt S140 fort. Wenn hingegen die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 in Schritt S135 nicht größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung Vtar2 wird, kehrt der Controller 400 zu Schritt S125 zurück und wiederholt die Verarbeitung der Schritte S125 und 135, bis die Spannung des zweiten Glättungskondensators 232 größer oder gleich der Startzeit-Zielspannung Vtar2 wird.
  • In Schritt S140 betreibt der Controller 400, gleich der ersten Ausführungsform, den Kompressor 510 unter Verwendung des Inverters 300, so dass die Zufuhr des Kathodengases zu der Brennstoffzelle 100 gestartet wird, und öffnet das Hauptabsperrventil 620, so dass die Zufuhr des Anodengases zu der Brennstoffzelle 100 gestartet wird. Dies ermöglicht es der Brennstoffzelle 100, die Leistungserzeugung zu starten. Gleich der ersten Ausführungsform, ist es zu bevorzugen, dass der FC-Wandler 120 für einige Zeit in einem nicht-betriebenen Zustand gehalten wird und der Betrieb des FC-Wandlers 120 gestartet wird, nachdem die Strömungsraten des Anodengases und des Kathodengases vorbestimmte ausreichende Niveaus erreichen.
  • In Schritt S150 steuert der Controller 400 den Batteriewandler 220 zum Aufladen des zweiten Glättungskondensators 232 (und des ersten Glättungskondensators 128) auf eine Zielspannung Vtar1 (d. h. einen unteren Grenzwert einer Zielspannung während eines gewöhnlichen Betriebs). In diesem Zustand wird ein Teil der Ausgabeleistung der Sekundärbatterie 200 für den Betrieb des Kompressors 510 unter Verwendung des Inverters 300 und für den Öffnungsvorgang des Hauptabsperrventils 620 verbraucht. Wenn der Leistungsverbrauch für den Betrieb des Kompressors 510 und den Betrieb des Hauptabsperrventils 620 als Paux ausgedrückt wird, dann führt der Controller 400 eine Rückkopplungsregelung der Spannung auf der Ausgangsseite (Hochspannungsseite) des Batteriewandlers 220 derart durch, dass in Schritt S150 eine der nachstehend angegebenen Gleichungen (8) bis (10) erfüllt wird: VC(t) = β × [(2 × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 (8) VC(t) = [2 × β × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 (9) VC(t) = [2 × (β × Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 (10)
  • In Gleichung (8) bis (10) kennzeichnet tx eine verstrichene Zeit, bis die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 nach dem Start des Betriebs des Batteriewandlers 220 die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht, und ein Koeffizient β ist ein Wert größer als 0 und nicht größer als 1 und kann beispielsweise ein Wert in einem Bereich von 0,8 bis 0,95 sein. Die Koeffizienten α und β können die gleichen Werte sein. Der Öffnungsvorgang des Hauptabsperrventils 620 ist nur von kurzer Dauer. Der Leistungsverbrauch Paux ist somit annähernd gleich der Summe aus dem Leistungsverbrauch des Inverters 300 und dem Leistungsverbrauch des Kompressors 510.
  • In Schritt S160 bestimmt der Controller 400, ob die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 größer oder gleich der Zielspannung Vtar1 wird. Wenn VC ≥ Vtar1 erfüllt ist, wechselt der Controller 400 zu einer gewöhnlichen Steuerung.
  • 5 zeigt Graphen, welche Veränderungen der Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232, der Ausgabeleistung Pout der Sekundärbatterie 200 und der Drehzahl des Kompressors 510 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigen. In der zweiten Ausführungsform erreicht die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar2 zu einem Zeitpunkt t15, der früher ist als der Zeitpunkt t20, zu dem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 in der ersten Ausführungsform die Zielspannung Vtar1 erreicht. Nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht, fließt selbst dann, wenn die Brennstoffzelle 100 bereit zur Leistungserzeugung ist, kein elektrischer Strom von der Brennstoffzelle 100 zum zweiten Glättungskondensator 232, sofern nicht der FC-Wandler 120 betrieben wird. Der Controller 400 startet zum Zeitpunkt t15 die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zur Brennstoffzelle 100. Danach wird ein Teil der Ausgabeleistung der Sekundärbatterie 200 verwendet, um den Inverter 300 und den Kompressor 510 zu betreiben, während ein verbleibender Teil zum Aufladen des zweiten Glättungskondensators 232 verwendet wird. Diese Konfiguration beginnt somit zu dem früheren Zeitpunkt als jenem der ersten Ausführungsform damit, der Brennstoffzelle 100 das Kathodengas und das Anodengas zuzuführen und die Brennstoffzelle 100 zur Leistungserzeugung bereit zu machen. Dies verkürzt den Zeitraum vor dem Start der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform startet der Controller 400 die Zufuhr des Kathodengases und des Anodengases zu der Brennstoffzelle 100, nachdem die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht. Diese Konfiguration verkürzt im Vergleich zur ersten Ausführungsform den Zeitraum vor dem Start der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 100. In diesem Zustand ist die Spannung VC des zweiten Glättungskondensators 232 höher als die Leerlaufspannung (OCV) der Brennstoffzelle 100. Diese Konfiguration unterbindet dementsprechend eine Verschlechterung des Katalysators der Brennstoffzelle 100.
  • [Modifikation 1]
  • Gemäß den obigen Ausführungsformen sind der FC-Wandler 120, der Batteriewandler 220 und der Inverter 300 durch die ersten Hochspannungsleitungen 110 unmittelbar miteinander verbunden. Gemäß einer Modifikation kann ein Relais (auch „FC-Relais” genannt) in den ersten Hochspannungsleitungen 110 so vorgesehen sein, dass es zusammen mit dem Inverter 300 zwischen dem FC-Wandler 120 und dem Batteriewandler 220 platziert ist. Dieses FC-Relais wird während eines Stopps des Brennstoffzellensystems 10 in eine offene Stellung gebracht. Bei Empfang einer Startanweisung des Brennstoffzellensystems 10 in Schritt S100 in 2 oder 4 bringt der Controller 400 gemäß einer bevorzugten Konfiguration das FC-Relais in eine geschlossene Position und fährt anschließend mit Schritt S110 fort. Wenn nach Aufladen des zweiten Glättungskondensators 232 mit elektrischer Leistung das FC-Relais angeschlossen wird, dann fließt je nach dem Ladegrad des zweiten Glättungskondensators 232 wahrscheinlich ein hoher elektrischer Strom von dem zweiten Glättungskondensator 232 durch das FC-Relais zum ersten Glättungskondensator 128. Um den Fluss eines solch hohen elektrischen Stroms zu vermeiden, ist es zu bevorzugen, die Verarbeitung von Schritt S110 durchzuführen, nachdem das FC-Relais in die geschlossene Position gebracht wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016-122194 [0001]
    • JP 2015-220961 A [0003]

Claims (12)

  1. Brennstoffzellensystem, umfassend: eine Brennstoffzelle; einen FC-Wandler, der als ein DC-DC-Wandler vorgesehen ist und mit der Brennstoffzelle auf einer Eingangsseite davon und mit einer Hauptleitung auf einer Ausgangsseite davon verbunden ist; eine Sekundärbatterie; einen als ein DC-DC-Wandler vorgesehenen Batteriewandler, der zwischen die Sekundärbatterie und die Hauptleitung geschaltet ist und konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Hauptleitungsseite davon zu beinhalten; einen Batteriesensor, der konfiguriert ist, um eine Temperatur der Sekundärbatterie zu messen; einen Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine Spannung des Glättungskondensators zu messen; ein Kathodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um einen Kompressor zu beinhalten, der mit aus der Hauptleitung zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Kathodengas zuzuführen; ein Anodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um ein Hauptabsperrventil zu beinhalten, das mit aus der Sekundärbatterie zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Anodengas zuzuführen; und einen Controller, wobei der Controller konfiguriert ist, um bei Empfang einer Anweisung zum Starten der Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems: (i) einen Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur der Sekundärbatterie zum Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie zu erhalten; (ii) den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung des Glättungskondensators auf eine Startzeit-Zielspannung erhöht wird, die höher ist als eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle, so dass eine Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert nicht überschreitet; und (iii) den Kompressor zu betreiben, so dass die Zufuhr des Kathodengases durch das Kathodengaszufuhrsystem gestartet wird, und das Hauptabsperrventil zu öffnen, so dass die Zufuhr des Anodengases durch das Anodengaszufuhrsystem gestartet wird.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Startzeit-Zielspannung ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems ist.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der FC-Wandler konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon zu beinhalten, und der Controller konfiguriert ist, um den Batteriewandler zu steuern, so dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α einen Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnet; und t eine verstrichene Zeit seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Startzeit-Zielspannung eine vorbestimmte Spannung ist, die niedriger ist als ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei der FC-Wandler konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon zu beinhalten, und wenn Vtar2 eine Startzeit-Zielspannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, der Controller konfiguriert ist, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, bis die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und der Controller konfiguriert ist, um den Batteriewandler derart zu steuern, dass die Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, nachdem die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = β × [(2 × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, VC(t) = [2 × β × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, und VC(t) = [2 × (β × Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α und β jeweils Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnen; t eine verstrichene Zeit seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet; tx eine verstrichene Zeit kennzeichnet, bis die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung nach dem Start des Batteriewandlers die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht; und Paux einen Leistungsverbrauch während Betriebsvorgängen des Kompressors und des Hauptabsperrventils kennzeichnet.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Batteriesensor konfiguriert ist, um eine SOC-Recheneinheit zu beinhalten, die konfiguriert ist, um einen SOC der Sekundärbatterie zu berechnen, und der Controller konfiguriert ist, um den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur und des SOC der Sekundärbatterie zu dem Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie und des berechneten SOC zu erhalten.
  7. Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen FC-Wandler, der als ein DC-DC-Wandler vorgesehen ist und mit der Brennstoffzelle auf einer Eingangsseite davon und mit einer Hauptleitung auf einer Ausgangsseite davon verbunden ist; eine Sekundärbatterie; einen als ein DC-DC-Wandler vorgesehenen Batteriewandler, der zwischen die Sekundärbatterie und die Hauptleitung geschaltet ist und konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Hauptleitungsseite davon zu beinhalten; einen Batteriesensor, der konfiguriert ist, um eine Temperatur der Sekundärbatterie zu messen; einen Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine Spannung des Glättungskondensators zu messen; ein Kathodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um einen Kompressor zu beinhalten, der mit aus der Hauptleitung zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Kathodengas zuzuführen; und ein Anodengaszufuhrsystem, das konfiguriert ist, um ein Hauptabsperrventil zu beinhalten, das mit aus der Sekundärbatterie zugeführter elektrischer Leistung betrieben wird, und um der Brennstoffzelle ein Anodengas zuzuführen; wobei das Steuerungsverfahren die Schritte umfasst: Empfangen einer Anweisung zum Starten der Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems, wobei der Controller konfiguriert ist: um einen Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur der Sekundärbatterie zum Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie zu erhalten; den Batteriewandler zu steuern, so dass die Spannung des Glättungskondensators auf eine Startzeit-Zielspannung erhöht wird, die höher ist als eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle, so dass eine Ausgabeleistung der Sekundärbatterie den Ausgabegrenzwert nicht überschreitet; und den Kompressor zu betreiben, so dass die Zufuhr des Kathodengases durch das Kathodengaszufuhrsystem gestartet wird, und das Hauptabsperrventil zu öffnen, so dass die Zufuhr des Anodengases durch das Anodengaszufuhrsystem gestartet wird.
  8. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Startzeit-Zielspannung ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems ist.
  9. Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der FC-Wandler konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon zu beinhalten, und das Steuerungsverfahren die Schritte umfasst: Steuern des Batteriewandlers, so dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α einen Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnet; und t eine verstrichene Zeit seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet.
  10. Steuerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Startzeit-Zielspannung eine vorbestimmte Spannung ist, welche niedriger ist als ein unterer Grenzwert einer Zielspannung des Glättungskondensators während eines gewöhnlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  11. Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, wobei der FC-Wandler konfiguriert ist, um einen Glättungskondensator zur Verstärkung auf einer Ausgangsseite davon zu beinhalten, und wenn Vtar2 eine Startzeit-Zielspannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, das Steuerungsverfahren die Schritte umfasst: Steuern des Batteriewandlers, so dass eine Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, bis die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = α × [(2 × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2, und VC(t) = [(2 × α × Wout × t)/(C1 + C2) + V12]1/2 und Steuern des Batteriewandlers, so dass die Spannung VC(t) des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung eine der nachstehend angegebenen Gleichungen erfüllt, nachdem die Spannung VC(t) die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht: VC(t) = β × [(2 × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, VC(t) = [2 × β × (Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2, und VC(t) = [2 × (β × Wout – Paux)(t – tx)/(C1 + C2) + Vtar22]1/2 wobei Wout den Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie kennzeichnet; C1 eine Kapazität des in dem FC-Wandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; C2 eine Kapazität des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet; V1 die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung kennzeichnet, bevor der Batteriewandler betrieben wird; α und β jeweils Koeffizienten größer als 0 und nicht größer als 1 kennzeichnen; t eine verstrichene Zeit seit einem Start des Batteriewandlers kennzeichnet; tx eine verstrichene Zeit kennzeichnet, bis die Spannung des in dem Batteriewandler beinhalteten Glättungskondensators zur Verstärkung nach dem Start des Batteriewandlers die Startzeit-Zielspannung Vtar2 erreicht; und Paux einen Leistungsverbrauch während Betriebsvorgängen des Kompressors und des Hauptabsperrventils kennzeichnet.
  12. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, umfassend den Schritt des Erhaltens des Ausgabegrenzwerts der Sekundärbatterie gemäß einer vorbestimmten Relation der Temperatur und des SOC der Sekundärbatterie zum Ausgabegrenzwert der Sekundärbatterie unter Verwendung der Temperatur der Sekundärbatterie und des berechneten SOC.
DE102017111644.3A 2016-06-21 2017-05-29 Brennstoffzellensystem Active DE102017111644B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016122194A JP6354794B2 (ja) 2016-06-21 2016-06-21 燃料電池システム
JP2016-122194 2016-06-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102017111644A1 true DE102017111644A1 (de) 2017-12-21
DE102017111644B4 DE102017111644B4 (de) 2022-01-13

Family

ID=60481531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017111644.3A Active DE102017111644B4 (de) 2016-06-21 2017-05-29 Brennstoffzellensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10497995B2 (de)
JP (1) JP6354794B2 (de)
CN (1) CN107528076B (de)
DE (1) DE102017111644B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108422890A (zh) * 2018-05-04 2018-08-21 佛山琴笙科技有限公司 一种新能源车充电配送方法
WO2019145301A1 (de) * 2018-01-24 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein fahrzeug

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6743774B2 (ja) * 2017-06-29 2020-08-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6958371B2 (ja) * 2018-01-12 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車
JP6787970B2 (ja) * 2018-10-22 2020-11-18 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
CN109346786A (zh) * 2018-12-05 2019-02-15 湖北圣融科技有限公司 三极柱复合电池系统
JP7230635B2 (ja) * 2019-03-27 2023-03-01 トヨタ自動車株式会社 電力システムおよびその制御方法
CN110936855B (zh) * 2019-11-27 2021-07-20 中国第一汽车股份有限公司 一种双能量源系统及燃料电池组件上电控制方法
CN112757966A (zh) * 2020-04-30 2021-05-07 长城汽车股份有限公司 一种电池启动方法、装置及车辆
JP2022025335A (ja) 2020-07-29 2022-02-10 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
CN113733914B (zh) * 2021-08-27 2024-03-19 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池的保护方法、保护装置及电力驱动车辆

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015220961A (ja) 2014-05-21 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 車両
JP2016122194A (ja) 2010-03-17 2016-07-07 ティーイー コネクティビティ ネーデルランド ビーヴイＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｎｅｄｅｒｌａｎｄ ＢＶ 光ファイバ整列測定方法及び装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6573682B1 (en) 2001-12-14 2003-06-03 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell system multiple stage voltage control method and apparatus
JP2004335343A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御装置
JP4624272B2 (ja) 2006-02-03 2011-02-02 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御方法および燃料電池車両
JP4714244B2 (ja) * 2007-07-18 2011-06-29 本田技研工業株式会社 燃料電池を搭載した自動車
JP4353305B2 (ja) 2008-03-21 2009-10-28 トヨタ自動車株式会社 電源制御回路
JP5434197B2 (ja) * 2009-03-31 2014-03-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載した電動車両
JP4888519B2 (ja) 2009-05-25 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
CN102460799B (zh) 2009-06-09 2014-12-10 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP5041010B2 (ja) 2010-01-18 2012-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
TWI414027B (zh) * 2010-06-30 2013-11-01 矽品精密工業股份有限公司 晶片尺寸封裝件及其製法
JP6089555B2 (ja) * 2012-10-09 2017-03-08 三菱自動車工業株式会社 電力制御装置
JP6162678B2 (ja) 2014-06-25 2017-07-12 本田技研工業株式会社 ２電源負荷駆動燃料電池システム及び燃料電池自動車
JP2016095911A (ja) * 2014-11-12 2016-05-26 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車
JP6168029B2 (ja) * 2014-11-13 2017-07-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池搭載車両の外部給電システムの制御方法、および、外部給電システム
US9776526B2 (en) 2014-11-14 2017-10-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system, fuel cell vehicle, and method of controlling fuel cell system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016122194A (ja) 2010-03-17 2016-07-07 ティーイー コネクティビティ ネーデルランド ビーヴイＴＥ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｎｅｄｅｒｌａｎｄ ＢＶ 光ファイバ整列測定方法及び装置
JP2015220961A (ja) 2014-05-21 2015-12-07 トヨタ自動車株式会社 車両

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019145301A1 (de) * 2018-01-24 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein fahrzeug
CN108422890A (zh) * 2018-05-04 2018-08-21 佛山琴笙科技有限公司 一种新能源车充电配送方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20170365892A1 (en) 2017-12-21
JP6354794B2 (ja) 2018-07-11
US10497995B2 (en) 2019-12-03
JP2017228377A (ja) 2017-12-28
DE102017111644B4 (de) 2022-01-13
CN107528076A (zh) 2017-12-29
CN107528076B (zh) 2020-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017111644B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102017106605B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102008057074B4 (de) Elektroleistungssystem für ein Fahrzeug
DE112010001466B4 (de) Verfahren zum steuern des brennstoffzellensystems und brennstoffzellensystem
DE102015118112B4 (de) Motorgetriebenes Fahrzeug und Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer in dem Fahrzeug angeordneten Sekundärbatterie mittels Rekuperation
DE112010005145B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE10260013A1 (de) Energieversorgungsvorrichtung mit Brennstoffzelle und Kondensator
DE102015119041B4 (de) Brennstoffzellenfahrzeug und Steuerverfahren hierfür
DE112009001641T5 (de) Batterieladungs-/Entladungs-Regelvorrichtung und Hybridfahrzeug, das selbige verwendet
DE112004001186T5 (de) Brennstoffzellensystem sowie ein das Brennstoffzellensystem enthaltendes Elektrofahrzeug
DE102015119565A1 (de) Verfahren zum Steuern eines externen elektrischen Leistungsversorgungssystems eines Fahrzeugs mit montierter Brennstoffzelle und externes elektrisches Leistungsversorgungssystem
DE10046631A1 (de) Verfahren zur Regelung der Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug
DE102017128131A1 (de) Antriebssystem und Fahrzeug
DE102020131600A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum laden einer batterie eines fahrzeugs
EP2884620B1 (de) Verfahren zum Laden von Batterien und Konverter zum Laden
DE102015119266A1 (de) Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenfahrzeug und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems
DE112010001455T5 (de) Brennstoffzellensystem und mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Elektrofahrzeug
DE112008002397B4 (de) Brennstoffzellensystem
WO2016020117A1 (de) Bordnetzanordnung und verfahren zum betreiben eines bordnetzes eines elektrisch antreibbaren fortbewegungsmittels mit einer brennstoffzelle
DE112009005040T5 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE102011109465A1 (de) Stromregelalgorithmus zum schnellladen einer batterie
DE112010001456B4 (de) Brennstoffzellensystem und Fahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist
DE102008044256A1 (de) Verfahren zum Steuern der Elektroenergieleitung in Fahrzeugen
DE102018004717A1 (de) Verfahren zum Energiemanagement
DE102018113377B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellensystems

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60L0011180000

Ipc: B60L0050750000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence