DE102017217951A1

DE102017217951A1 - Stromerzeugungssystem und stromerzeugungsverfahren für ein brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102017217951A1
Application number: DE102017217951.1A
Authority: DE
Inventors: Sung Gone Yoon; Jae Yeong Yoo
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2018-11-15
Also published as: US10532666B2; CN108859798A; US20180326865A1; CN108859798B; KR20180125059A; KR102437708B1

Abstract

Ein Stromerzeugungssystem und ein Stromerzeugungsverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das Stromerzeugungssystem aufweisend eine Hauptleitung, die eine Brennstoffzelle, einen Hochspannungs-DC-DC-Wandler und eine Hochspannungsbatterie sequenziell und elektrisch verbindet; eine Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit; und eine Steuerung, die die Brennstoffzelle oder den Hochspannungs-DC-DC-Wandler durch Auswählen eines Modus zum Zuführen von Strom zu einer externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom, eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie oder eines Modus zum Betreiben der Brennstoffzelle oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall gemäß einem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung steuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Stromerzeugungssystem und ein Stromerzeugungsverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug, die sowohl die Energieeffizienz als auch die Haltbarkeit beim Durchführen einer externen Stromerzeugung verbessern können.
HINTERGRUND
Es ist ein neuer Trend, dass ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Sekundärbatterie, wie etwa einer Brennstoffzelle oder einer Hochspannungsbatterie, zur Stromversorgung nach außen benötigt wird. Zu diesem Zweck kann ein in dem Brennstoffzellenfahrzeug angebrachter Gleichstrom-Ausgangsanschluss/DC-Ausgangsanschluss mit einer separaten externen Stromversorgungsvorrichtung (Inverter/Wechselrichter) verbunden werden, um Strom/Energie mit 220V/110V zu liefern, oder es kann ein externer Stromversorgungssystem-Stromkreis hinzugefügt werden, um ein direktes Empfangen/Aufnehmen und Verwenden der 220V/110V-Energie, die durch einen in dem Fahrzeug eingebauten externen Stromversorgungswechselrichter zu ermöglichen.
Wenn eine Stromversorgungsschaltung für externe Energie von einem Busanschluss einer Hochspannungsbatterie abgezweigt ist und mit diesem verbunden ist, um ein externes Stromversorgungssystem wie oben beschrieben hinzuzufügen, erfordert die herkömmliche Stromverteilungsregelung eine Steuerung/Regelung für die Hochspannungsbatterie-SOC-Aufrechterhaltung, wobei ein Laden und Entladen der Batterie aufgrund der von der Brennstoffzelle erzeugten Energie wiederholt durchgeführt werden und das unnötige Laden und Entladen die Effizienz verringert.
Die obige Beschreibung in diesem Hintergrundabschnitt dient lediglich zum besseren Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Offenbarung und sollte nicht als eine Bestätigung angesehen werden, dass die Informationen einen Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wird vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen, und stellt ein Stromerzeugungssystem/Energieerzeugungssystem und ein Stromerzeugungsverfahren/Energieerzeugungsverfahren für einen Brennstoffzellenfahrzeug bereit, die sowohl die Energieeffizienz als auch die Haltbarkeit beim Durchführen einer externen Stromerzeugung/Energieerzeugung verbessern können.
Gemäß der obigen Ausgestaltung umfasst ein Stromerzeugungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Hauptleitung, die eine Brennstoffzelle, einen Hochspannungs-DC-DC-Wandler und eine Hochspannungsbatterie sequenziell und elektrisch verbindet; eine Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit, die von einem Punkt zwischen dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler und der Hochspannungsbatterie der Hauptleitung abzweigt und derart angeordnet ist, dass sie mit der Hauptleitung elektrisch verbunden ist; und eine Steuerung/Regelung, die die Brennstoffzelle oder den Hochspannungs-DC-DC-Wandler durch Auswählen eines Modus zum Zuführen von Strom/Energie zu einer externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom, eines Modus zum Zuführen von Strom/Energie zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie oder eines Modus zum Betreiben der Brennstoffzelle oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall gemäß dem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung steuert, wenn die externe Stromverbrauchsvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist.
Die Steuerung umfasst einen Speicher, der Daten in Bezug auf ein Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle oder ein Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers speichert, und eine Stromableitungseinheit/Stromerlangungseinheit, die einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung ableitet.
Die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit kann ein Extern-Stromversorgungsanschluss ein, der mit der Hauptleitung über ein Relais verbunden ist.
Die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit kann ein Extern-Stromversorgungsinverter/Extern-Stromversorgungswechselrichter sein, der mit der Hauptleitung verbunden ist.
Die Steuerung kann einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung aus der Differenz zwischen einer Ausgangsleistung des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers und einer Lade- und Entladeleistung der Hochspannungsbatterie ableiten.
Die Steuerung kann eine Stromerzeugung der Brennstoffzelle stoppen, indem ein Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie ausgewählt wird, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder kleiner/niedriger als ein Referenzwert ist.
Der Referenzwert kann der niedrigste Wert in dem Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle oder dem Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers sein.
In einem Fall eines Auswählen eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung nur der Hochspannungsbatterie kann die Steuerung die Brennstoffzelle betreiben und die Hochspannungsbatterie laden, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zuführt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als die minimale Ladungsmenge ist.
Wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder höher als der Referenzwert ist, kann die Steuerung einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externe Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom auswählen und die Brennstoffzelle oder den Hochspannungs-DC-DC-Wandler in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betreiben.
In einem Fall eines Auswählens eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom kann die Steuerung die Hochspannungsbatterie laden, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zuführt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als eine Soll-Ladungsmenge/Ziel-Ladungsmenge ist.
Ein Stromerzeugungsverfahren unter Verwendung des Stromerzeugungssystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: Überprüfen, ob die externe Stromverbrauchsvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist; Ableiten eines Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchvorrichtung, wenn die externe Stromverbrauchvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist; und Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung durch Betreiben der Brennstoffzelle oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall oder Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie gemäß der Größe des Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchsvorrichtung.
Das Zuführen des Stroms zu der externen Stromverbrauchvorrichtung kann umfassen ein Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung gleich oder kleiner als der Referenzwert ist.
Das Zuführen des Stroms zu der externen Stromverbrauchvorrichtung kann umfassen ein Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung, während die Brennstoffzelle oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betrieben wird, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder höher als der Referenzwert ist, und ein Laden der Hochspannungsbatterie, während Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zugeführt wird, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als die Soll-Ladungsmenge ist.
Ein Stromerzeugungssystem und ein Stromerzeugungsverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen eine Verbesserung der gesamten Systemeffizienz durch Zuführen von Strom innerhalb von Betriebsintervallen mit hohem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle und des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers bereit, wenn der Strom zu einem externen Stromversorgungssystem zugeführt wird.
Eine geringe Leistungsabgabe und ein Betrieb mit niedriger Effizienz der Brennstoffzelle werden durch vorübergehendes Anhalten/Stoppen eines Betreibens der Brennstoffzelle und direktes Zuführen von Strom einer Hochspannungsbatterie zu dem externen Stromversorgungssystem verhindert, wenn der Stromverbrauch des externen Stromversorgungssystems etwas niedriger ist.
Die Haltbarkeit der Brennstoffzelle kann dadurch verbessert werden, dass die hohe Belastung der Brennstoffzelle minimiert wird, indem ein Betrieb mit niedriger Leistungsabgabe der Brennstoffzelle vermieden wird.
Figurenliste
Die obigen und weiteren Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich. In den Figuren zeigen:

1 ein Konfigurationsdiagramm eines Stromerzeugungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 eine weitere Ausführungsform eines Stromerzeugungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ein Flussdiagramm eines Stromerzeugungsverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
4 und 5 Graphen, die die Effizienz einer Brennstoffzelle oder eines Hochspannungs-DC-DC-Wandlers darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Stromerzeugungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stromerzeugungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Stromerzeugungsverfahrens eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, und 4 und 5 zeigen Graphen, die die Effizienz einer Brennstoffzelle oder eines Hochspannungs-DC-DC-Wandlers darstellen.
1 und 2 stellen Konfigurationsdiagramme eines Stromerzeugungssystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar und beschreiben verschiedene Ausführungsformen. Ein Stromerzeugungssystem 10 für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: Eine Hauptleitung M, die eine Brennstoffzelle 100, einen Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 und eine Hochspannungsbatterie 500 sequenziell und elektrisch verbindet; eine Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900, die von einem Punkt zwischen dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 und der Hochspannungsbatterie 500 der Hauptleitung M abzweigt und derart angeordnet ist, dass sie mit der Hauptleitung M elektrisch verbunden ist; und eine Steuerung 700, die die Brennstoffzelle 100 oder den Hochspannungswandler 300 durch Auswählen eines Modus zum Zuführen von Strom zu einer externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom, eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie 500 oder eines Modus zum Betreiben der Brennstoffzelle 100 oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall gemäß einem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 steuert/regelt, wenn die externe Stromverbrauchsvorrichtung 50 mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 verbunden ist.
Die vorliegende Offenbarung dient dazu, um die Stromerzeugungseffizienz/Energieerzeugungseffizienz einer Brennstoffzelle 100 und die Energieeffizienz einer Hochspannungsbatterie 500 in einem Fall der Verwendung eines Brennstoffzellenfahrzeugs zur Stromerzeugung und einer mit dem Fahrzeug verbunden externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird in dem Brennstoffzellenfahrzeug mit der Brennstoffzelle 100, einer Antriebssteuervorrichtung MCU 130 zum Fahren/Antreiben, einem Antriebsmotor 140, einem Hochspannungs-Anschlusskasten bzw. einer Hochspannungs-Anschlussbox 110, einer Hochspannungs-Hilfsmaschine 120, der Hochspannungsbatterie 500 und dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 ein Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 vorausbestimmt/prognostiziert, wenn das Fahrzeug einen Stromkreis zum Zuführen von Strom/Energie zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 aufweist und der Stromkreis zwischen dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 und der Hochspannungsbatterie 500 angeschlossen ist, oder der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 kann unter Verwendung eines bereitgestellten Signals abgeleitet werden, wenn jedes Gerät beziehungsweise jede Vorrichtung Informationen über eine Spannung V und einen Strom A bereitstellt.
Die Steuerung 700 empfängt ein Signal, das angibt, ob ein Stecker/Steckverbindern einer externen Stromversorgungsvorrichtung, die an einem externen Stromversorgungsanschluss/-Inverter angebracht ist, verbunden ist, und verbindet ein Stromversorgungsrelais, um Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 zuzuführen, wenn erkannt wird, dass der Stecker montiert ist.
In der vorliegenden Offenbarung verbindet die Hauptleitung M die Brennstoffzelle 100, den Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 und die Hochspannungsbatterie 500 sequenziell und elektrisch. Ferner ist die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 eingerichtet, dass sie von einem Punkt zwischen dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 und der Hochspannungsbatterie 500 der Hauptleitung M abzweigt und um mit der Hauptleitung M elektrisch verbunden zu werden. 1 stellt einen Fall dar, in dem die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 ein mit der Hauptleitung M über ein Relais 910 verbundener Extern-Stromversorgungsanschluss/Extern-Stromversorgungsport 920 ist. In diesem Fall ist ein separater externer Stromversorgungsinverter 30 mit dem Extern-Stromversorgungsanschluss 920 an der Außenseite verbunden und die externe Stromverbrauchvorrichtung 50 wird mit dem externen Stromversorgungsinverter 30 verbunden und verwendet. Unterdessen stellt 2 einen Fall dar, in dem die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 ein mit der Hauptleitung M verbundener Extern-Stromversorgungsinverter 900 ist, und dieser Fall entspricht einem Fall, in dem der Extern-Stromversorgungsinverter 900 in dem Fahrzeug eingebaut ist. In diesem Fall wird die externe Stromverbrauchvorrichtung 50 direkt mit dem Extern-Stromversorgungsinverter 900 des Fahrzeugs verbunden und verwendet.
Indessen regelt die Steuerung 700 den Energiefluss. Die Steuerung 700 erfasst eine Verbindung der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50, wenn die externe Stromverbrauchsvorrichtung 50 mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 verbunden ist und leitet dann einen Energieverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 ab. Die Steuerung 700 implementiert/realisiert auch einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom oder wählt einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie 500 oder einen Modus zum Betreiben der Brennstoffzelle 100 oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall gemäß dem abgeleiteten Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 aus. Dann steuert/regelt die Steuerung 700, ob die Brennstoffzelle 100 oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 betrieben werden soll, und ein Betriebsverfahren desselben gemäß dem ausgewählten Modus.
Insbesondere umfasst die Steuerung 700 einen Speicher, der Daten in Bezug auf ein Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle 100 oder ein Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandler speichert, und eine Stromableitungseinheit/Energieableitungseinheit, die einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 ableitet. Ferner kann die Stromableitungseinheit der Steuerung 700 einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 aus der Differenz zwischen einer Ausgangsleistung des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers und einer Lade- und Entladeleistung der Hochspannungsbatterie ableiten.
In einem Fall der Lade- und Entladeleistung der Hochspannungsbatterie 500 bestimmt die Stromableitungseinheit, dass die Ladeleistung einer positiven Zahl entspricht und die Entladeleistung einer negativen Zahl entspricht, und berechnet einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 durch Subtrahieren der Lade- und Entladeleistung der Hochspannungsbatterie 500 von der Ausgangsleistung des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300.
Ferner stoppt die Steuerung 700 in einem Fall, in dem der abgeleitete Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 gleich oder niedriger als ein Referenzwert ist, was bedeutet, dass eine relativ kleine Energiemenge erforderlich ist, eine Stromerzeugung der Brennstoffzelle 100 für die Energieeffizienz. Stattdessen kann die Steuerung 700 einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie 500 auswählen, um infolgedessen die Stromerzeugung der Brennstoffzelle 100 zu stoppen. Dies liegt daran, weil in dem Fall einer kleinen Stromerzeugungsmenge, die nur durch die Hochspannungsbatterie 500 behandelt werden kann und keinen hohen Wirkungsgrad bzw. eine hohe Effizienz in einem Wirkungsgradverlauf erreichen kann, ein Nicht-Betrieb der Brennstoffzelle 100 unter Berücksichtigung der Energieeffizienz effizienter ist.
Als Referenz zeigen 4 und 5 Graphen, die die Effizienz der Brennstoffzelle 100 oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 darstellen, und zeigen dass sowohl die Brennstoffzelle 100 als auch der Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 eine höchste Effizienz in einem bestimmten Ausgangsleistungsintervall aufweisen.
Demzufolge wird jedes Intervall als ein Hocheffizienzintervall definiert und in dem Speicher im Voraus gespeichert, so dass die Steuerung 700 einen Betriebsmodus bestimmt, in dem sie später darauf Bezug nimmt.
Indessen kann der Referenzwert der niedrigste Wert in dem Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle oder dem Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 sein. Demzufolge stoppt die Steuerung 700 eine Stromerzeugung der Brennstoffzelle 100 mit einer niedrigen Effizienz und liefert Strom nach außen, indem nur die Hochspannungsbatterie 500 verwendet wird, wenn ein Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 gleich oder kleiner als der Referenzwert, das heißt, der niedrigste Wert in dem Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle 100 oder dem Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 ist. Obwohl ein Energieverlust gemäß Lade- und Entlade-Widerstandsverlusten der Hochspannungsbatterie 500 auftreten kann, wenn die Hochspannungsbatterie 500 Energie speichert und dann die Energie entladen wird, ist es effizienter, einen Betrieb der Brennstoffzelle 100 zu stoppen, selbst wenn dies möglich ist.
Auch in einem Fall eines Auswählens eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung nur der Hochspannungsbatterie 500 betreibt die Steuerung 700 die Brennstoffzelle 100 und kann die Hochspannungsbatterie 500 laden, während sie die externe Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugten Strom mit Strom versorgt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 500 gleich oder kleiner als die minimale Ladungsmenge ist. Das heißt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie in der Mitte eines Zuführens von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung nur der Hochspannungsbatterie zu niedrig ist, betreibt die Steuerung 700 die Brennstoffzelle 100 erneut, um eine Verschlechterung der Hochspannungsbatterie unter Berücksichtigung eines Fahren/Antreibens des Fahrzeugs oder Betriebs der Hilfsmaschine zu einem späteren Zeitpunkt zu verhindern, und kann die Hochspannungsbatterie 500 laden, während Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom zugeführt wird.
Unterdessen wählt die Steuerung 700 einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom aus und betreibt die Brennstoffzelle 100 oder den Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall, wenn ein Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 gleich oder höher als der Referenzwert ist. Insbesondere in einem Fall eines Auswählens eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom lädt die Steuerung 700 die Hochspannungsbatterie 500, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom liefert, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 500 gleich oder kleiner als eine Soll-Ladungsmenge ist, und führt Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 zu, aber lädt nicht die Hochspannungsbatterie 500 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 500 gleich oder höher als die Soll-Ladungsmenge ist.
Da ein Fall, in dem ein Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 gleich oder höher als der Referenzwert ist, einem Fall entspricht, in dem die Brennstoffzelle 100 oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betrieben werden kann, betreibt die Steuerung 700 die Brennstoffzelle 100 und den Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall und steuert die Brennstoffzelle 100 und den Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 derart, so dass eine Leistungsabgabe in dem Hocheffizienz-Leistungsintervall einem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 entspricht.
Ferner steuert/regelt in diesem Prozess, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 500 gleich oder kleiner als die Soll-Ladungsmenge ist, die Steuerung 700 die Brennstoffzelle 100 und den Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300, um eine Stromerzeugungsmenge zu erhöhen, so dass die Steuerung 700 die Hochspannungsbatterie lädt, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom liefert.
Mit anderen Worten kann ein häufiges Laden und Entladen der Hochspannungsbatterie verhindert werden und die gesamte Energieverbrauchs Effizienz kann somit verbessert werden, indem das Brennstoffzellenfahrzeug wie oben beschrieben gesteuert wird. Dies ist auf einem Fall zurückzuführen, wenn Energie durch die Batterie fließt, anstatt direkt zu einem Ort bzw. zu einer Stelle zu gelangen, die in Hinblick auf die Energieeffizienz für eine Verwendung ungünstig ist. Darüber hinaus wird der Wärmeverlust reduziert und dadurch wird der Energieverlust minimiert, indem die Brennstoffzelle 100 und der Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 bei maximaler Effizienz betrieben werden.
Nichtsdestotrotz kann die Steuerung 700 ermöglichen, dass die Hochspannungsbatterie immer ihre minimale geeignete/richtige Ladungsmenge beibehält, so dass die Fahrbarkeit oder die Haltbarkeit des Fahrzeugs nicht beeinflusst wird.
Unterdessen zeigt 3 ein Flussdiagramm eines Stromerzeugungsverfahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und eine Stromerzeugungsverfahren unter Verwendung des Stromerzeugungssystems des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: Überprüfen, ob die externe Stromverbrauchvorrichtung 50 mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 verbunden ist, S100; Ableiten eines Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchvorrichtung 50, S200, wenn die externe Stromverbrauchvorrichtung 50 mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit 900 verbunden ist, S120; und Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 durch Betreiben der Brennstoffzelle 100 oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall, oder Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie 500 gemäß der Größe des Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50.
Das Zuführen des Stromes zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 kann umfassen ein Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie 500, S420, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 gleich oder kleiner als der Referenzwert ist, S400. Jedoch ist ein Betrieb der Brennstoffzelle wieder erforderlich, wenn der Hochspannungsbatterie eine Ladungsmenge fehlt, S500 und S520.
Das Zuführen des Stromes zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 kann umfassen ein Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50, während die Brennstoffzelle 100 oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler 300 in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betrieben wird, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 gleich oder höher als der Referenzwert ist, S320, und Laden der Hochspannungsbatterie, während Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle 100 erzeugtem Strom zugeführt wird, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 500 gleich oder kleiner als die Soll-Ladungsmenge ist, S300 und S310.
Die Steuerung 700 stellt eine Ladeleistung des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers ein und liefert die Ladeleistung mit einer einem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 entsprechenden Menge an eine Batteriebusanschluss, wenn ein durch das externe Stromversorgungssystem verbrauchter Strom innerhalb des Hocheffizienz-Betriebsintervalls der Brennstoffzelle 100 vorhanden ist (P1_fc~P2_fc von 4). Da dieses Intervall Hocheffizienzintervalle der Brennstoffzelle 100 und des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers erfüllt, wird der Strom der Brennstoffzelle 100 direkt zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 geliefert und eine Lade- und Entladeleistung der Batterie wird minimiert, wodurch die Effizienz verbessert wird.
Wenn ein Laden und Entladen der Hochspannungsbatterie wiederholt werden, tritt ein Spannungsverlust aufgrund eines Innenwiderstandes der Hochspannungsbatterie auf und die Energie wird somit aufgrund des Spannungsverlusts verringert, so dass sie niedriger/geringer als die ursprünglich geladene Energie ist, wenn die in der Hochspannungsbatterie durch Laden gespeicherte Energie wieder nach außen fließt. Demzufolge sollte die Steuerung 700 die Hochspannungsbatterie derart steuern/regeln, dass sie durch eine kleine Energiemenge in einem kurzen Zeitraum nicht geladen und entladen wird.
Das heißt, die Steuerung 700 führt eine Stromverteilungsregelung durch, so dass die Brennstoffzelle 100 in einem Hocheffizienz-Betriebsintervall arbeitet (P1_fc~P2_fc von 4) und ein DC-DC-Wandler in einem Hocheffizienz-Betriebsintervall arbeitet (P1_conv~P2_conv von 5), wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 etwas größer ist. Ferner stoppt die Steuerung 700 einen Betrieb der Brennstoffzelle 100 und führt eine Stromverteilungsregelung durch, um Strom unter Verwendung von nur in der Hochspannungsbatterie gespeicherter Energie zuzuführen, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 etwas kleiner ist (kleiner als P1_fc von 4).
Ein Stromerzeugungssystem 10 und ein Stromerzeugungsverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen einen Effekt zum Verbessern der gesamten Systemeffizienz durch Zuführen von Strom innerhalb Hocheffizienz-Betriebsintervallen (z.B. zwischen Ausgangsleistungen P1 und P2 in 4 und 5) der Brennstoffzelle 100 und des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers 300 bereit, wenn der Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung 50 geliefert wird.
Eine niedrige Leistungsabgabe und ein Betrieb mit geringer Effizienz der Brennstoffzelle 100 werden durch vorübergehendes Stoppen eines Betriebs der Brennstoffzelle 100 und direktes Zuführen von Strom einer Hochspannungsbatterie 500 zu der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 verhindert, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung 50 etwas niedriger ist.
Die Haltbarkeit der Brennstoffzelle 100 kann durch Minimieren einer hohen Belastung der Brennstoffzelle 100 durch Vermeiden eines Betriebs der Brennstoffzelle 100 mit geringer Leistungsabgabe verbessert werden.
Eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist dargestellt und beschrieben worden, jedoch wären verschiedene Änderungen und Modifikationen für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich, ohne von der durch die folgenden Ansprüche bereitgestellten technischen Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Stromerzeugungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das Stromerzeugungssystem aufweisend: eine Hauptleitung, die eingerichtet ist, um eine Brennstoffzelle, einen Hochspannungs-DC-DC-Wandler und eine Hochspannungsbatterie sequenziell und elektrisch zu verbinden; eine Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit, die eingerichtet ist, um von einem Punkt zwischen dem Hochspannungs-DC-DC-Wandler und der Hochspannungsbatterie der Hauptleitung abzuzweigen und mit der Hauptleitung elektrisch verbunden zu sein; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle oder den Hochspannungs-DC-DC-Wandler durch Auswählen eines Modus zum Zuführen von Strom zu einer externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom, eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie oder eines Modus zum Betreiben der Brennstoffzelle oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall gemäß einem Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung zu steuern, wenn die externe Stromverbrauchsvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung einen Speicher, der eingerichtet ist, um Daten in Bezug auf ein Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle oder ein Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers zu speichern, und eine Stromableitungseinheit, die eingerichtet ist, um einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung abzuleiten, aufweist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit ein Extern-Stromversorgungsanschluss ist, der mit der Hauptleitung über ein Relais verbunden ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit ein Extern-Stromversorgungsinverter ist, der mit der Hauptleitung verbunden ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um einen Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung aus der Differenz zwischen einer Ausgangsleistung des Hochspannungs-DC-DC-Wandler und der Lade- und Entladeleistung der Hochspannungsbatterie abzuleiten.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um eine Stromerzeugung der Brennstoffzelle zu stoppen, indem ein Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie ausgewählt wird, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder kleiner als ein Referenzwert ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Referenzwert der niedrigste Wert in dem Hocheffizienz-Leistungsintervall der Brennstoffzelle oder dem Hocheffizienz-Leistungsintervall des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei, in einem Fall eines Auswählens eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung nur der Hochspannungsbatterie, die Steuerung eingerichtet ist, um die Brennstoffzelle zu betreiben und die Hochspannungsbatterie zu laden, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zuführt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als eine minimale Ladungsmenge ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder höher als ein Referenzwert ist, die Steuerung eingerichtet ist, um einen Modus zum Zuführen von Strom zu der externe Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom auszuwählen, wobei die Brennstoffzelle oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betrieben ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei, in einem Fall eines Auswählens eines Modus zum Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von nur durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom, die Steuerung eingerichtet ist, um die Hochspannungsbatterie zu laden, während sie Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zuführt, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als eine Soll-Ladungsmenge ist.
Stromerzeugungsverfahren unter Verwendung des Stromerzeugungssystems des Brennstoffzellenfahrzeugs nach Anspruch 1, das Stromerzeugungsverfahren aufweisend: Überprüfen, ob die externe Stromverbrauchsvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist; Ableiten eines Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchvorrichtung, wenn die externe Stromverbrauchvorrichtung mit der Extern-Stromverbrauchsvorrichtung-Verbindungseinheit verbunden ist; und Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchsvorrichtung durch Betreiben der Brennstoffzelle oder des Hochspannungs-DC-DC-Wandlers in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall oder Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie gemäß der Größe des Stromverbrauchs der externen Stromverbrauchsvorrichtung.
Stromerzeugungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Zuführen des Stroms zu der externen Stromverbrauchvorrichtung ein Zuführen von Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von nur der Hochspannungsbatterie aufweist, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchsvorrichtung gleich oder kleiner als der Referenzwert ist.
Stromerzeugungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Zuführen des Stroms zu der externen Stromverbrauchvorrichtung aufweist ein Zuführen von Strom zu der externe Stromverbrauchvorrichtung, während die Brennstoffzelle oder der Hochspannungs-DC-DC-Wandler in einem Hocheffizienz-Leistungsintervall betrieben wird, wenn der Stromverbrauch der externen Stromverbrauchvorrichtung gleich oder höher als der Referenzwert ist, und ein Laden der Hochspannungsbatterie, während Strom zu der externen Stromverbrauchvorrichtung unter Verwendung von durch die Brennstoffzelle erzeugtem Strom zugeführt wird, wenn eine Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie gleich oder kleiner als die Soll-Ladungsmenge ist.